等离子和超音速火焰喷涂涂层的制备与观测_20
等离子热喷涂和超音速火焰喷涂
调研报告：等离子热喷涂与超音速火焰喷涂的区别、优缺点及成本对比一、工艺原理1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂是一种通过将喷涂材料加热到熔融状态，然后以高速喷射到工件表面形成涂层的工艺。
等离子体作为一种高温热源，能够将涂料加热至熔融状态，使其在被喷涂时具有较高的流动性。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂是一种利用高温燃气和高速喷射技术将喷涂材料喷射到工件表面的工艺。
该工艺使用燃气燃烧产生的高温高速气流将涂料加热并加速，使其以极高的速度喷射到工件表面。
二、涂料特性1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂的涂料种类较多，包括金属、合金、陶瓷等材料。
由于等离子体的高温特性，能够保证涂料在熔融状态下的流动性，因此适用于喷涂较厚的涂层。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂的涂料种类包括金属、非金属陶瓷等材料。
由于高速喷射的特性，适用于喷涂较薄的涂层。
三、涂层性能1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂形成的涂层具有较高的结合强度、硬度和耐磨性。
同时，由于涂料在熔融状态下流动性较好，能够形成较致密的涂层结构。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂形成的涂层具有较高的结合强度和硬度。
由于高速喷射的特性，形成的涂层具有较小的孔隙率，具有较好的防腐蚀性能。
四、优缺点1. 等离子热喷涂：优点：形成的涂层结合强度高、硬度较好；适用于喷涂较厚的涂层；可用于不同材料的喷涂。
缺点：设备成本较高；操作过程中需要消耗大量能源；高温下容易引起材料氧化。
2. 超音速火焰喷涂：优点：高速喷射形成的涂层结合强度高、防腐蚀性能好；设备成本相对较低；操作过程中能源消耗较少。
缺点：形成的涂层较薄，需多次喷涂才能达到预期效果；对于某些材料，易引起氧化和热损伤。
五、成本对比1. 等离子热喷涂：由于设备成本较高，操作过程中需要消耗大量能源，因此等离子热喷涂的成本相对较高。
2. 超音速火焰喷涂：设备成本相对较低，操作过程中能源消耗较少，因此超音速火焰喷涂的成本相对较低。
等离子喷涂涂层研究进展精选.
等离子喷涂涂层研究进展引言等离子喷涂是热喷涂最常用的技术之一，它是将粉末原料送入高温等离子火焰，呈熔融或半熔融状态喷向基体，以较快的冷却速度凝固在基体上，粒子呈扁饼状互相机械咬合在一起，形成涂层。
由于等离子喷涂具有等离子弧温度高，能量集中，焰流速度快，稳定性好、调节性好，形成涂层结合强度高，孔隙率低且喷涂效率高诸多优点；涂层可以对材料表面进行强化和修复，还可以赋予材料表面特殊的性能等，因此等离子喷涂技术已在航空、航天、冶金、机械制造、煤炭、电力、石油、化工、纺织等行业得到了广泛的应用【1-3】。
长期以来，模拟等离子喷涂过程中的涂层沉积都是一个非常困难的问题。
这是因为涂层的形成过程实际上是不同种类、大小、形状、速度、熔化状态的颗粒高速沉积在基体表面并相互作用的堆叠过程。
熔融颗粒在快速冷凝时可能因应力存在而发生翘曲现象；而液滴高速撞击在基体表面又可能导致飞溅等现象出现，同时，会产生微观缺陷。
受基体温度、喷涂工艺、快速冷却及其它的因素的影响，涂层的性能会发生很大的变化。
而涂层的性能由喷涂时所发生的动力学和热传输过程及凝固过程所决定，因此，研究喷涂过程对于优化工艺参数、如何对喷涂工艺的控制实现智能化，并对喷涂过程实施在线反馈控制做出及时调整是一个有待深入研究的问题。
1 等离子喷涂涂层机理及过程分析等离子喷涂是采用刚性非转移型等离子弧为电源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂方法。
等离子喷涂的基本原理【4】：喷枪的电极（阴极）和喷嘴（阳极）分别接整流电源的负、正极，向喷枪供给工作气体（氮气、氩气或5%-10%氢气），通过高频火花引燃电弧，气体被加热到很高的温度（其中心温度可达15000K以上）而电离，经孔道高压压缩后呈高速等离子射流喷出，速度可高达1.5Km/s。
喷涂粉末被送粉气流载入呈等离子焰流，很快形成熔融或半熔融状态并高速撞击到经预处理的基材表面产生塑性变形，粘附在零件表面，后来的熔融粒子又在先前凝固的粒子上层叠压，从而获得良好的层状致密涂层。
超音速火焰喷涂碳化铬-碳化钨涂层的制备与性能分析
Vol.39,No.2 2021年2月中国资源综合利用China Resources Comprehensive Utilization©试验研究超音速火焰喷涂碳化锯-碳化铸涂层的制备与性能分析舒琴，何建洪，丁晋，高芸，熊勇（中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵阳550014）摘要：碳化銘■-碳化鸽涂层属于碳化物类耐磨涂层，最高使用温度可达7009。
超音速火焰喷涂技术已广泛应用在碳化物类耐磨涂层的制备中。
本文通过超音速火焰喷涂制备碳化辂-碳化鸽涂层，通过扫描电镜、XRD能谱对比分析超音速火焰喷涂碳化俗-碳化鸽涂层的优势，并检测超音速火焰喷涂碳化辂-碳化铸涂层的显微组织、显微硬度、拉伸结合强度；结合Image Pro Plus软件和金相对比法，检测涂层的孔隙率；分析超音速火焰喷涂工艺参数对涂层的组织、硬度、结合强度的影响，为超音速火焰喷涂碳化洛-碳化铸涂层提供喷涂工艺参数和性能指标。
关键词：超音速火焰喷涂；碳化钻■-碳化鸽涂层；耐磨涂层；工艺参数中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1008-9500（2021）02-0003-03DOI:10.3969/j.issn.l008-9500.2021.02.002Analysis on Preparation and Properties Of high Velocity Sprayed WC-CrC CoatingsSHU Qin,HE Jianhong,DING Jin,GAO Yun,XIONG Yong(AECG-Guizhou Liyang Aero-engin Corp.,Guiyang550014,China)Abstract:The WC-CrC coatings is wear resistance coating of carbide class,it's highest application temperature can be reached700°C.High velocity oxy-fuel(HVOF)technology has been widely used in preparation wear resistance coating of carbide class.In this paper,WC-CrC coatings were prepared by HVOF,and the advantages of supersonic flame spraying WC-CrC coatings were compared and analyzed by scanning electron microscope and XRD energy spectrum,and the microstructure,microhardness and tensile bonding strength of HVOF WC-CrC coatings were tested;the porosity of the coating was detected by combining the Image Pro Plus software and the gold contrast method;the influence of HVOF process parameters on the structure,hardness and bonding strength of the coating was analyzed,and the spray process parameters and performance indicators were provided for HVOF WC-CrC coatings・Keywords：HVOF;WC-CrC coating;wear resistance coating;technological parameter热喷涂技术是利用高速气流将涂层材料加热到熔融或半熔融状态，以一定速度喷射沉积到工件表面的一种增材制造技术，用于提高零件表面的耐腐蚀、耐高温、耐磨损、强度等性能，热喷涂技术有火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂等方法，大量应用在航空航天、汽车、石油化工和复合材料等领域叫随着喷涂技术的不断发展，其逐渐衍生出超音速火焰喷涂、高能等离子喷涂、冷喷涂等技术，超音速火焰喷涂技术起源于20世纪80年代初期，因其独特的喷枪和喷嘴结构，焰流速度大于1500mm/s,喷涂时粉末轴向送入高速焰流，将粉末粒子加热至熔融或半熔融状态以近800mm/s 的磁撞击工件表面，适宜制备易氧化的涂层。
211241043_超音速火焰喷涂NiCoCrAlY
第52卷 第5期 表面技术2023年5月SURFACE TECHNOLOGY ·413·收稿日期：2022–04–29；修订日期：2022–09–16 Received ：2022-04-29；Revised ：2022-09-16 基金项目：河北省科技计划项目（17211028）；河北省高等学校教育科学研究项目（Z2017054）；唐山市科技计划项目（21130225c ） Fund ：Science and Technology Plans of Hebei Provence (17211028); Science and Technology Research Project of Hebei Higher Education (Z2017054); Science and Technology Plans of Tangshan (21130225c) 作者简介：曹玉霞（1980—），女，博士，教授，主要研究方向为涂层材料。
Biography ：CAO Yu-xia (1980-), Female, Doctor, Professor, Research focus: coating materials.引文格式：曹玉霞, 孙景卫, 周海静, 等. 超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Al 2O 3-10%B 4C 涂层的制备及抗氧化性能研究[J]. 表面技术, 2023, 52(5): 413-419.CAO Yu-xia, SUN Jing-wei, ZHOU Hai-jing, et al. Preparation and Oxidation Properties of HVOF Sprayed NiCoCrAlY/Al 2O 3-10%B 4C Coatings[J]. Surface Technology, 2023, 52(5): 413-419.超音速火焰喷涂NiCoCrAlY/Al 2O 3-10%B 4C涂层的制备及抗氧化性能研究曹玉霞1,2，孙景卫3，周海静1，黄雁1，郝斌1,2（1.唐山学院 新材料与化学工程学院，河北 唐山 063000； 2.唐山市微纳米材料制备及应用重点实验室，河北 唐山 063000； 3.唐山市恒中威建设工程材料检验有限公司，河北 唐山 063000）摘要：目的 提高金属/陶瓷体系高温固体润滑耐磨涂层的抗氧化性能。
超音速火焰喷涂工艺及涂层质量控制
超音速火焰喷涂工艺及涂层质量控制李春刚;李博【摘要】超音速火焰喷涂(HVOF)WC10Co4Cr 合金以其优良的耐磨性和耐蚀性及对环境的友好性等优点,在飞机起落架轴类零件上已有取代镀硬铬之势；但是,实际生产中,HVOF涂层常常出现起皮、剥落、隆起、裂纹、崩裂和有开口于表面的孔洞及不连续等缺陷,严重影响了喷涂质量,制约了产品的正常使用。
通过加强对工艺辅助材料、设备及维护、制造过程、工艺和人员等环节的控制,使某型号超高强度钢轴类零件涂层质量问题的发生率从20%降低到1%以下,经过长期的实践检验,验证了其对指导生产具有一定的现实意义。
%Owing to the excellent wear resistance,rust resistance and non-polluting to theenvironment,WC10Co4Cr al-loy used for HVOF has a tendency to substitute hard chromium plating in the application of axes parts used on aircraft land-ing gear.However,in the actual production,there are some defects on HVOF coatings such as peeling,spalling,upheaval,cracks,break,have a cavity on the surface and discontinuity,which have badly affected HVOF quality and restrict products delivery.Through enhancing control of process assistance materials,equipment and maintenance,manufacture processes, process control and personnel,the occurrence rate of coating quality problems for axes parts of Type X ultra high strength steel has reduced from 20% to less than 1%,and by long term practical inspection,it has practical value for the present production.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】3页(P114-116)【关键词】超音速火焰喷涂;WC10Co4Cr涂层;质量控制【作者】李春刚;李博【作者单位】海军驻汉中地区航空军事代表室，陕西汉中 723000;中航飞机起落架有限责任公司燎原分公司，陕西城固 723200【正文语种】中文【中图分类】TG688超音速火焰喷涂(HVOF)是在传统热喷涂基础上发展起来的高速喷涂技术，WOKA-star600型喷枪的基本原理如图1所示。
超音速火焰喷涂工艺流程
超音速火焰喷涂工艺流程：施工前的准备工作、表面预处理、喷涂、喷涂后处理四个主要步骤：一）准备工作：在编制工艺前首先应该了解被喷涂工件的实际状况和技术要求并进行分析1、确定涂层的厚度。
一般来讲，喷涂后必须进行机械加工，因此涂层厚度就要预留加工余量，同时还要考虑到喷涂时的热胀冷缩等。
2、涂层材料的确定。
选择依据是涂层材料应该满足被喷涂工件的材料，配合要求，技术要求及工作条件等，分别选择结合层与工作层材料。
3、确定参数：压力，粉末粒度，喷枪与工件的相对运动速度。
二）工件表面的预处理表面制备，是保证涂层与基体结合强度的重要工序1、凹切处理，表面存在疲劳层和局部严重拉伤的沟痕时，在强度允许的前提下可以进行车削处理，为热喷涂提供容纳的空间。
2、表面清理，清除油污，铁锈，漆层等，使工件表面洁净，油污油漆可以用溶剂清洗剂除去。
如果油渍已经渗入基体材料，可以用火焰加热除去，对锈层可以进行酸浸，机械打磨或喷砂除去。
3、表面粗化，目的是为了增强涂层与基体的结合力，消除应力效应，常用的有喷砂、开槽、车螺纹、拉毛等。
A：喷砂是最常用的，砂料可以选择石英砂、氧化铝砂、冷硬铁砂等。
砂料以锋利坚硬为好，必须清洁干燥，有尖锐棱角。
其尺寸，空气压力的大小，喷砂角度、距离和时间应该根据具体情况确定。
B：开槽、车螺纹、辊花。
对轴、套类零件表面的粗化处理，可采用开槽、车螺蚊处理，槽与螺纹表面粗糙度以RA6.3—12.5为宜，加工过程中不加冷却液与滋润剂，也可以在表面滚花纹，但避免出现尖角。
C：硬度较高的工件可以进行电火花拉毛进行粗化处理，但薄涂层工件应慎用。
电火花拉毛法是将细的镍丝或铝丝作为电极，在电弧的作用下，电极材料与基体表面局部熔合，产生粗糙的表面。
表面粗化后呈现的新鲜表面，应该防止污染，严禁用手触摸，保存在清洁，干燥的环境中，粗化后尽快喷涂，一般喷涂时间不超过二个小时。
4、非喷涂部位的保护喷涂表面附近的非喷涂需要加以保护，可以用耐热的玻璃布或石棉来屏蔽起来。
210875210_超音速火焰喷涂制备Cr_涂层及其高温氧化性能
表面技术第52卷 第2期收稿日期：2021–12–31；修订日期：2022–04–25 Received ：2021-12-31；Revised ：2022-04-25基金项目：内蒙古自治区自然科学基金（RZ2000002056）；内蒙古工业大学校级自然科学基金（RZ1900002412）Fund ：Natural Science Foundation of Inner Mongolia Autonomous Region (RZ2000002056); Natural Science Foundation of Inner Mongolia University of Technology (RZ1900002412) 作者简介：申晓凤（1997—），女，硕士研究生，主要研究方向为核电用锆合金表面涂层。
Biography ：SHEN Xiao-feng (1997-), Female, Postgraduate, Research focus: coatings on zirconium alloys used in nuclear. 通讯作者：黄娇（1988—），女，博士，副教授，主要研究方向为金属材料腐蚀与防护。
Corresponding author ：HUANG Jiao (1988—), Female, Doctor, Associate professor, Research focus: corrosion and protection of materials. 引文格式：申晓凤, 黄娇, 李志康, 等. 超音速火焰喷涂制备Cr 涂层及其高温氧化性能[J]. 表面技术, 2023, 52(2): 412-421.SHEN Xiao-feng, HUANG Jiao, LI Zhi-kang, et al. Preparation of Cr Coating by HVOF and Its Oxidation Performance[J]. Surface Technology, 超音速火焰喷涂制备Cr 涂层及其高温氧化性能申晓凤1a，黄娇1a，李志康1a，王全伟1a，樊立峰1b，马文1a，张鹏省2（1.内蒙古工业大学 a.材料科学与工程学院 内蒙古自治区薄膜与涂层重点实验室 b.稀土金属材料工程研究中心，呼和浩特 010051；2.西北有色金属研究院，西安 710016） 摘要：目的 探索一种高效制备核电用包壳材料锆合金表面涂层的方法，以应对反应堆失水事故，提高核电安全性。
超音速火焰喷涂工艺流程
超音速火焰喷涂工艺流程：施工前的准备工作、表面预处理、喷涂、喷涂后处理四个主要步骤：一）准备工作：在编制工艺前首先应该了解被喷涂工件的实际状况和技术要求半进行分析1、确定涂层的厚度。
一般来讲，喷涂后必须进行机械加工，因此涂层厚度就要预留加工余量，同时还要考虑到喷涂时的热胀冷缩等。
2、涂层材料的确定。
选择依据是涂层材料应该满足被喷涂工件的材料，配合要求，技术要求及工作条件等，分别选择结合层与工作层材料3、确定参数：压力，粉末粒度，喷枪与工件的相对运动速度二）工件表面的预处理表面制备，是保证涂层与基体结合强度的重要工序1、凹切处理，表面存在疲劳层和局部严重拉伤的沟痕时，在强度允许的前提下可以进行车削处理，为热喷涂提供容纳的空间。
2、表面清理，清除油污，铁锈，漆层等，使工件表面洁净，油污油漆可以用溶剂清洗剂除去。
如果油渍已经渗入基体材料，可以用火焰加热除去，对锈层可以进行酸浸，机械打磨或喷砂除去。
3、表面粗化，目的是为了增强涂层与基体的结合力，消除应力效应，常用的有喷砂、开槽、车螺纹、拉毛。
A：喷砂是最常用的，砂料可以选择石英砂、氧化铝砂、冷硬铁砂等。
砂料以锋利坚硬为好，必须清洁干燥，有尖锐棱角。
其尺寸，空气压力的大小，喷砂角度、距离和时间应该根据具体情况确定。
B：开槽、车螺纹、辊花。
对轴、套类零件表面的粗化处理，可采用开槽、车螺蚊处理，槽与螺纹表面粗糙度以RA6.3—12.5为宜，加工过程中不加冷却液与滋润剂，也可以在表面滚花纹，但避免出现尖角。
C：硬度较高的工件可以进行电火花拉毛进行粗化处理，但薄涂层工件应慎用。
电火花拉毛法是将细的镍丝或铝丝作为电极，在电弧的作用下，电极材料与基体表面局部熔合，产生粗糙的表面。
表面粗化后呈现的新鲜表面，应该防止污染，严禁用手触摸，保存在清洁，干燥的环境中，粗化后尽快喷涂，一般喷涂时间不超过二个小时。
4、非喷涂部位的保护喷涂表面附近的非喷涂需要加以保护，可以用耐热的玻璃布或石棉而屏蔽起来。
超音速火焰喷涂制备WC-12Co涂层实验.
HV-80超音速火焰喷涂制备 WC-12Co 涂层实验 1. 实验材料及方法1.1实验材料喷涂材料我们选择章源钨业生产的 WC-12Co 粉末,其中 WC 颗粒分布呈多峰分布(颗粒平均尺寸为0.2μm 占 30wt.%, 颗粒平均尺寸为2.4μm 占 70wt.% , 粉末的颗粒尺寸为15~ 45μm。
粉末的表面和截面形貌如图 1所示,可以看出,粉末的球形度较好,单个喷涂粉粒子内的孔隙较均匀。
喷涂试样的基体材料为 16Mn 钢,磨粒磨损对比试样的材料也是 16Mn 钢。
图 1多峰 WC-12Co 粉末的形貌1.2涂层制备采用郑州立佳的 HV-80型 HVOF 设备进行喷涂,使用航空煤油作为燃料,氧气作为助燃气,送粉载气采用氮气。
结合以往喷涂经验,选择四因素三水平 L9(34喷涂工艺参数如表 1所示。
表 1HVOF 制备 WC-12co 涂层的工艺参数Level2 24.6 55.22 75 353Level3 26.5 59.47 90 380喷涂前,对试样进行除锈、除油、然后采用240μm(60目白刚玉砂进行粗化处理, 将待喷涂的试样在特制的风冷夹具上装夹、喷涂,为了使基体温度低于 200°C,没喷涂 8道次停枪一次,直至涂层厚度达到300~350μm。
1.3相结构测试用线切割加工出尺寸为 10mm×10mm×5mm 的带有涂层的试样,在SIEMENSD5000型 X 射线衍射仪上对涂层进行相结构测试,阳极靶为 Cu靶,扫描角度从 10~90°(本文中取 30~85°, ,管压 35KV,管流 30mA,积分时间 0.2秒,采样间隔 0.02秒。
1.4孔隙率测试使用 IQmaterial 图像分析软件,依次导入涂层截面典型金相照片,采用灰度法测试孔隙所占视场的面积百分比,将测试的 10个视场孔隙百分比的平均值作为涂层的孔隙率。
1.5结合强度测试拉伸试样尺寸为φ25×30mm, 试样结合面采用 E-7胶粘接后, 固定在特制的夹具上, 并一起放入电热干燥箱中, 在 100°C 下保温 3小时。
超音速火焰喷涂技术研究进展
涂层厚度 损失 / "m 29 29 l9 ll
为用 AC! HVAF 工艺喷涂过程中， 喷涂材料的热退化程度 非常 小， 涂 层 中 的 氧 化 物 含 量 极 低， 在 温 度 升 高 时， AC ! HVAF 工艺涂层将形成有效的烧结并形成弥散区， 表现为
超音速火焰喷涂技术研究进展
樊自拴，孙冬柏，俞宏英，李辉勤，孟惠民，张济山，乔力杰 （ 北京市表面纳米技术工程研究中心， 北京科技大学腐蚀与防护中心，北京 100083 ）
［摘 要］ 介绍了一种新型的超音速火焰喷涂技术— — —活性燃烧高速燃气喷涂 （ AC! HVAF） ， 该工艺的喷涂过程
对喷涂材料的氧化及热退化影响非常小， 可以制备出极低氧化物含量和极高致密度的涂层， 该涂层具有优越的耐磨损 和耐腐蚀能力， 同时其喷涂速度和沉积效率均优于传统超音速火焰喷涂 （ HVOF） 。 ［ 关键词］ 超音速火焰喷涂；涂层；进展 ［ 中图分类号］ TG174 ［ 文献标识码］ A ［ 文章编号］ 1001 - 1560 （ 2004 ） 09 - 0033 - 03
料以高速、 高压喷入燃烧室， 燃烧后产生 2 727 C 的高温和 1 500 m / S 的高速膨胀气流， 喷涂粉末送入这种气流中， 粉 末颗粒被加热并被加速喷射到基体上， 得到高质量的涂层。 对于许多金属、 合金、 金属陶瓷等材料， 尤其是 WC ! CO 材 料， 超音速火焰喷涂涂层的硬度、 致密度及结合强度均优于 等离子喷涂层， 并且表面光滑、 化学分解少、 氧化物含量少， 其涂层质量与爆炸喷涂涂层性能相当， 成本却低得多。由 于其优良的性能、 技术的改进及可喷涂材料的拓宽， 超音速 火焰喷涂得到了越来越广的应用。 虽然超音速火焰喷涂具有许多的优点， 但也存在不足 之处。目前的超音速火焰喷涂基本上都是用纯氧作助燃 剂， 氧气消耗大。例如： 以煤油作为燃料的超音速火焰喷 枪， 耗氧量达 10 瓶 / 1， 以丙烷、 丙烯等作燃料的超音速火焰 喷枪也超过 3 瓶 / 1， 给操作、 供气带来诸多不便， 沉积速度 和沉积效率也不高， 如喷涂镍铬碳化铬粉末， 沉积速度和沉 积效率分别只有 1. 8 ~ 4. 4 kg / 1 和 30 ! ~ 40 !， 由于以上 原因使其成本相对较高。另外， 涂层的孔隙率、 氧化物夹杂 含量等还有降低的余地。 近年来出现了活性燃烧高速燃气喷涂工艺， 它是介于 传统超音速火焰喷涂和冷喷涂之间的新喷涂工艺
超音速等离子喷涂制备热障涂层工艺特点和技术优势
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ．２００２，２ １（４），２ １ ７－２２７ ９、王富耻，王鲁，吕广庶．金属陶瓷功能梯度材料的颗粒界面断裂能量释放率与临界颗粒尺寸的研究，
等离子喷涂层质量强烈地受颗粒性质、速度、温度、熔化程度及它们的统计分布的影响哺１。与普 通等离子喷涂相比，超音速等离子喷涂的突出优势是射流的速度高（超过５马赫），图１为采用 Ｗａｔｃｈｓｐｒａｙ ＣＣＤ在线测试系统测得的超音速等离子射流及粉末粒子的飞行速度、温度及颗粒尺寸分布 等参数和曲线。
图ｌ Ｗａｔｃｈｓｐｒａｙ ＣＣＤ在线测试超音速等离子射流及粉末粒子状态
ｔｈｅ １ ５ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｐｒａｙ Ｃｏｆｅｒｅｎｃｅ，Ｎｉｃｅ，Ｆｒａｎｃｅ．１ ９９８，３ １ ５·３２８
６、Ｂｒｚｅｚｉｎｓｋｉ Ｔ，Ｃａｖａｓｉｎ Ａ，Ｇｒｅｎｉｅｒ Ｓ，ｅｔａｌ．Ｖａｃｃｕｍ ｐｌａｓｍａ ｓｐｒａｙｅｄ Ｚｒ０２－ｂａｓｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｒｒｉｅｒ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ
此外ＴＢＣ涂层在禽Ｓ、Ｖ、Ｘ、Ｎａ等腐蚀性介质的燃油燃烧环境中，ＭＣｒＡＩＹ涂层的热腐蚀及由于在与ＺｒＯ，
涂层界面处形成的有害的热生长氧化物所导致的生长应力和界面脆性，都将引起ＴＢＣ涂层系统内部及
界面的早期退化和失效哺１．可以说热障涂层从２０世纪７０年代的第一代大气等离子喷涂（ＡＰＳ）到２０ 世纪８０年代中期第二代的低压等离子喷涂（ＬＰＰＳ），至９０年代的第兰代电子柬溅射物理气相沉积
低压等离子和超音速火焰喷涂NiCoCrAlYTa层的结构和性能
1试验
［收稿日期］ 2010 － 08 － 19 ［通信作者］ 邓春明（ 1976 － ） ，博士，高级工程师，主要从
事热喷涂研究，电话： 020 － 37239022，E -mail： denghans@ 126． com
氧气 流 量 850 L / min，煤 油 流 量 0． 18 L / min，喷 距 220 LT -HVOF
mm，燃烧室压强 1． 35 MPa，水流量 0． 13 L / min
1． 3 测试分析 采用 D / Max -RC 型 X 射线衍射仪（ XRD） 分析粉末
和涂层的相结构。采用带能谱仪（ EDS） 的 JL SM5910 扫描电镜（ SEM） 观察涂层形貌。按照 ASTM C633 标 准，采用 JDL -50KN 电子拉伸仪测量涂层的结合强度， 试样尺寸为 25． 4 mm × 4． 0 mm。采用 TC600 型氧氮 分析仪测量粉末和涂层的含氧量。用视场法测定涂层 的孔隙率： 利用 LEICA DMIMR 金相显微镜的相分析软 件测试 SEM 照片中涂层孔隙率。
表 3 4 种工艺制备的涂层的基本性能
涂层
η（ 孔隙） /%
σ（ 结合） / MPa
w（ 氧） /%
HVAF
1． 0
76． 2（ 胶断）
－
HVOF
0． 7
81． 2（ 胶断）
1． 06
LPPS
1． 2
73． 2
0． 38
LT -HVOF
0． 5
80． 4（ 胶断）
0． 42
3 结论
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实验29 等离子和超音速火焰喷涂涂层的制备与观测
一、实验目的
1.了解等离子和超音速火焰喷涂的基本原理；
2.初步掌握等离子和超音速火焰喷涂设备的操作方法；
3.对等离子氧化铝涂层和超音速火焰硬质合金涂层进行显微观测；
4.对等离子氧化铝涂层和超音速火焰硬质合金涂层进行显微硬度测试；
5.了解等离子和超音速火焰喷涂各项工艺参数对喷涂涂层性能的影响；
二、实验内容
采用WC/Co 88/12粉末进行超音速火焰喷涂，Al2O3/TiO2 97/3粉末进行等离子喷涂，软钢为基本材料，喷砂工艺进行实验前的准备工作，选择合适的等离子喷涂成行工艺参数，进行喷涂实验，然后将喷涂试样分割成小块金相试样。
针对WC/Co 88/12粉末，采用不同的喷嘴，了解喷嘴对喷涂质量的影响；针对等离子喷涂Al2O3/TiO2 97/3粉末，改变氢气的流速，了解氢气含量对喷涂质量的影响。
三、实验原理
超音速火焰喷涂是将大量燃料和氧气在高压下供给喷枪，使燃烧的火焰经拉瓦尔喷嘴，成超音速射流喷出，粉末被送入流动的火焰中，在运动中被加热、加速，高速喷射到金属基体上，形成涂层。
等离子喷涂是利用等离子射流将喷镀材料加热到熔化或接近熔化状态，喷附在制品表面上形成保护层的方法。
热喷涂设备包括电气控制柜、气体控制柜、操作台、热交换器、送粉器、逆变电流、水电过渡箱、煤油泵、燃烧室压力感应装置、点火器和空气压缩机。
四、实验数据
试样形貌
样品一
100×200×
500×
样品二
100×200×
500×
样品三
100×200×
500×
工艺四：
100×200×
500×
五、实验分析
显微硬度与宏观硬度的区别在于试验时负荷大小不同。
显微硬度试验可以测定宏观硬度试验无法测定的表面层硬度，比如喷涂层。
通过实验数据可以看出不同的喷涂参数导致显微硬度有所变化，但宏观硬度基本无变化，说明用显微硬度测试涂层质量较好。
在超音速火焰喷涂组中，不同的喷嘴导致显微硬度基本无变化；在等离子喷涂组中，氢气的流速对显微硬度造成影响，说明氢气的含量会影响涂层的质量，需要确定最优的工艺参数。
通过观察试样的显微形貌，可以看出超音速火焰喷涂的涂层与等离子喷涂的涂层有一定的区别，即超音速喷涂的涂层分为两层，而等离子喷涂的涂层分为三层，比超音速喷涂多一层熔化层，原因是超音速喷涂喷出的粉末是粒状的，而等离子喷涂喷出的粉末是熔化状态的，因此在涂层和基体之间就多了一层熔化层。
在超音速火焰喷涂组中，可以看出采用不同的喷嘴，涂层的均匀性不同，在一定程度上解释了在显微硬度测试中第二组的数据变化幅度要大，说明涂层的均匀性不太好，说明采用新式的喷涂提高了涂层质量，尤其在提高均匀性方面。
新式喷嘴主要采用了模拟仿真的结果，改变了喷嘴的结构，提高了气流的稳定性，故提高了涂层的均匀性。
在等离子喷涂中，可以看出氢气流速的不同，导致涂层缺陷的不同，第四组的缺陷明显多于第三组，验证了显微硬度测试的结果，即第三组的显微硬度要高于第四组。
氢气在等离子喷涂中提供离子，氢气流量的减少会减
弱等离子电弧，进而导致,粉末颗粒熔化不充分，孔隙较多，增加缺陷。
六、思考题
1.热喷涂技术的主要特点是什么？热喷涂包括哪几个阶段？
答：热喷涂技术的主要特点有：（1）由于热源的温度范围很宽,因而可喷涂的涂层材料几乎包括所有固态工程材料；（2）喷涂过程中基体表面受热的程度较小而且可以控制,因此可以在各种材料上进行喷涂，并且对基材的组织和性能几乎没有影响，工件变形也小；（3）设备简单，操作灵活，既可对大型构件进行大面积喷涂，也可在指定的局部进行喷涂。
既可在工厂室内进行喷涂也可在室外现场进行施工；（4）喷涂操作的程序较少，施工时间较短，效率高，比较经济。
热喷涂过程包括的阶段：（1）利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态；（2）借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面；（3）沉积而形成具有各种功能的表面涂层。
2.热喷涂技术主要有哪几个？各有什么特点？
答：热喷涂技术主要有：（1）火焰喷涂；（2）爆炸喷涂；（3）超音速喷涂；（4）电弧喷涂；（5）等离子喷涂。
各自的特点：（1）火焰喷涂：可喷涂金属，陶瓷，塑料等材料，应用非常灵活，喷涂设备轻便简单，可移动，价格低于其他喷涂设备，经济型好，是目前喷涂技术中使用较广泛的一种方法；（2）爆炸喷涂：可喷涂金属、金属陶瓷及陶瓷材料，但是由于该设备价格高，噪音大，属氧化性气氛等原因，国内外应用还不广泛；（3）超音速喷涂：粉粒温度较低，氧比较轻，运动速度高，尺寸较小，喷涂效率高，操作方便，但只适于喷涂金属粉末、Co-Wc粉末以及低熔点TiO2陶瓷粉末；（4）电弧喷涂：涂层与基体结合强度较火焰喷涂高1.5～2.0倍，喷涂效率也较高，但喷涂材料必须是导电的焊丝，因此只能使用金属，而不能使用陶瓷，限制了电弧喷涂的应用范围；（5）等离子喷涂：具有超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂；喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高；由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。
3.在进行等离子喷涂时，如果降低氢气的流量，冷却速率和等离子电弧的性能
会发生哪些变化？
答：如果降低氢气流量，氢气的电离量会减少，分子在形成释放的能量减少，喷枪出口温度降低，冷却功率减小；此外，氢气流量减少后，由于氢气的导热系数高，导致气流与弧柱的对流换热减弱，弧柱电压降低。