超音速火焰喷涂燃烧室燃气成分与温度的计算

在液体火箭发动机原理的基础上,建立了超音速火焰喷涂燃气成分与温度的计算方法,对KY-HVO(A)F多功能超音速火焰喷涂系统进行了计算,得到了不同混合分数下燃气成分与温度的变化规律。在此基础上进行了喷枪内外燃气流场分析,结果表明,燃气温度分布、速度分布与实际焰流有较好的一致性。在喷枪出口处,HVOF与HVAF两种状态下燃气都得到了超音速,不同的参数比可以调节焰流温度与速度,实现了HVOF与HVAF之间的连续可调。

DZ9000E型移动式超音速火焰喷涂系统的研制

与氧煤油超音速火焰喷涂系统相比,DZ9000E型氧燃气超音速火焰喷涂系统的开发更侧重于降低涂层的成本以及适应不同工况中现场使用的可移动性。DZ9000E型手持式喷涂枪上配有双气阀手柄、送粉开关及压缩/冷却气阀,为用户提供轻便、简捷的操作模式。整机价格便宜及运行成本低使这一系统更适应国内中小客户喷涂中低价位HVOF涂层的需求。采用DZ9000E系统喷涂WC-12Co涂层具有良好的涂层性能,平均显微硬度可达1000HV0.2左右,涂层与基体间的结合强度超过53MPa。

燃气工艺参数对超音速火焰喷涂Cr-3C_2-NiCr涂层性能的影响

研究了燃气工艺参数对超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层性能的影响规律。在不同的燃气工艺参数下制备了超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层,观察了涂层的显微组织结构和X射线衍射图谱,并分析了腐蚀试验结果、冲蚀磨损试验结果、结合强度试验结果和孔隙率。根据以上试验结果研究了燃气工艺参数对涂层性能的影响规律。

燃气流量对超音速氧焰喷涂羟基磷灰石颗粒的影响

为了掌握燃气流量对羟基磷灰石(HA)粉末颗粒产生的影响,采用超音速氧焰喷涂(HVOF)技术制备了HA涂层,运用X射线、XRD和SEM分析了HA喷涂粉末颗粒的相组成,观察了涂层的形貌。结果表明:增加燃气流量,HA粉末颗粒表面的熔化程度提高,但整体熔化比例仅有微量增加(从13%增加到18%),原因是增大燃气流量在提高火焰温度的同时加快了颗粒的飞行速度,缩短了粉末颗粒在火焰中滞留的时间;火焰加热后3种颗粒结晶相只有HA;提高燃气流量降低了颗粒的结晶度(从91.4%降至73.8%);3种HA颗粒在涂层表面形成了3种典型的结构。

工艺参数对氧-丙烷超音速火焰喷涂纳米WC-CoCr涂层组织及性能的影响

采用氧-丙烷超音速火焰喷涂技术在ZG06Cr13Ni5Mo不锈钢基材表面制备了纳米WC-10Co4Cr涂层,研究了工艺参数对涂层组织及性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别表征了涂层的物相成分和微观组织,采用维氏硬度计和金相分析仪分别测定了涂层显微硬度和孔隙率。在料浆冲蚀条件下测试了涂层的抗泥沙冲蚀磨损性能,并分析了纳米WC-10Co4Cr涂层的冲蚀磨损机制。结果表明:不同工艺条件下制备的纳米WC-10Co4Cr涂层的主要物相为WC、W_(2)C和非晶态CoCr,物相含量受丙烷流量的影响较大。涂层主要由多尺度的微米-纳米WC硬质颗粒和CoCr合金粘结相组成,同时含有一定的微观孔洞、缝隙等缺陷。涂层孔隙率随丙烷流量和喷涂角度的增大而降低,而随送粉速率和喷涂距离的增大先降低后提高;涂层的显微硬度随丙烷流量、送粉速率和喷涂距离的增大先提高后降低,而随喷涂角度的增大而提高。最佳喷涂工艺条件为:丙烷流量68 L/min,送粉速率45~55 g/min,喷涂距离250 mm,喷涂角度90°。纳米WC-10Co4Cr涂层抗泥沙冲蚀性能最大可达不锈钢基材的14.26倍,冲蚀磨损机制主要为交变应力下的疲劳剥落。

超音速火焰喷涂的火焰速度特性

本文介绍了超音速火焰喷涂系统的火焰特性。试验结果表明在使用氧气和丙烷燃气时，可在较大的压力和流量范围内，获得超音速火焰。喷枪出口火焰的速度可达1500m／s以上。根据火焰射流照片中的马赫锥角来计算马赫数，并依据火焰的其它参数估算出火焰的速度。

超音速火焰喷涂过程中粒子运动特性的数值模拟

热喷涂涂层质量很大程度上是由颗粒沉积时的状态决定,颗粒不仅受到粒径尺寸的影响,还与飞行过程中焰流特性密切相关。本文以JP8000型超音速火焰喷涂系统(HVOF)喷涂过程为研究对象,采用计算流体动力学方法探究不同氧油质量比下焰流行为和计算域内的燃烧特性;分析不同粒径的颗粒在焰流场内的轨迹特性和速度、温度演变规律,依据数值模拟结果优化工艺参数。计算结果表明:氧油比为3时,HVOF系统内焰流温度最高、速度最快,表明氧油充分燃烧;颗粒注入后可能与枪管壁发生碰撞,且其粒径越大,碰撞发生的临界入射速度越小,碰撞后的粒子会二次穿越焰流中心;颗粒粒径越大,受焰流作用时加热、加速越缓慢,在喷枪内到达的最高温度和最大速度越小。

超音速火焰喷涂低碳WC/12Co涂层的组织及性能研究

采用离心雾化干燥法制得团聚颗粒,经连续高温烧结成两种不同松装密度的热喷涂粉末。采用以C3H8/O2为燃料的超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备了WC/12Co涂层。对粉末及涂层做了显微组织观察和XRD分析,测定了涂层的厚度、显微硬度和粉末沉积效率。结果表明,在1120℃、1180℃烧结的粉末中主要有WC和W6Co6C,但无Co相;涂层有脱碳,有Co6W6C相,但未出现单质Co。涂层组织均匀致密,沉积效率可达65%。

超音速等离子与HVOF喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损性能研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂(HVOF)设备(JP-5000和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了孔隙率、显微硬度、结合强度及30°和90°攻角的冲蚀磨损对比实验,分析了涂层的SEM磨损形貌。结果表明,超音速等离子喷涂WC-Co涂层综合性能与JP-5000喷涂WC-Co涂层相当,优于DJ-2700;在30°冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削两种特征;在90°冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落。

低成本氧-燃气火焰喷涂系统在Cr_2O_3涂层的应用

采用新开发的便携式DZ9000型超音速氧燃气火焰喷涂系统,获得了不同粒度范围Cr2O3粉末的理想喷涂涂层。通过对涂层微观组织及性能指标检测,证明该系统喷涂不同粒度的Cr2O3粉末,其涂层均无明显层状结构;粗粒度粉末涂层的孔隙率大于细粒度粉末涂层;粗粒度粉末涂层的显微硬度更高一些;粉末粒度大小对涂层的相结构影响不大。

双硬质相材料Cr_(3)C_(2)-WC-NiCoCrMo热喷涂工艺研究

采用团聚-烧结法制备了双硬质相材料Cr_(3)C_(2)-WC-NiCoCrMo热喷涂粉末,并利用超音速火焰(HVOF)喷涂技术制备了涂层,研究了粉末微观结构和热喷涂氧燃比(λ)对涂层显微组织和性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,喷涂粉末的松装密度和流动性增加,微观结构趋于致密;在热喷涂氧燃比固定为1.09的条件下,当喷涂粉末的烧结温度为1 295℃时,制备的涂层综合性能较好,显微硬度为(1 135.8±40.7)HV_(0.3),孔隙率为1.1%±0.1%;在喷涂粉末的烧结温度固定为1 295℃的条件下,当热喷涂氧燃比为1.0时,制备的涂层综合性能最好,其显微硬度为(1 145.8±39.6)HV_(0.3),沉积效率为48.8%,孔隙率为1.0%±0.1%。

氧燃比对NiCrAlY涂层的微观结构及其在KCl熔盐中热腐蚀行为的影响

采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备氧燃比分别为3.91、4.31、4.62、5.39的NiCrAlY涂层,利用XRD、SEM、EDS、显微硬度计、拉伸试验机分析表征涂层微观组织结构及力学性能的变化规律,进而研究微观组织结构的变化对涂层在KCl熔盐环境中热腐蚀性能的影响。结果表明:随着氧燃比的升高,涂层中γ/γ′峰向高角度偏移,涂层结构变得致密,未熔化粒子边界减少,涂层结合强度由49 MPa提高到62 MPa,涂层显微硬度变化较小。涂层平均热腐蚀质量增加速率常数Kp由93.37 mg^(2)/(cm^(4)·h)降低到1.54 mg^(2)/(cm^(4)·h),说明涂层抗热腐蚀性能随着氧燃比的增大而升高。这主要是由于高氧燃比涂层中较少的孔隙及未熔化粒子边界,使得Cl、O向内扩散通道减少,涂层氯化-氧化程度降低,从而赋予涂层更优异的抗热腐蚀性能。

粉末特性对HVOF喷涂碳化物涂层性能的影响

借助扫描电镜、粒度分析仪等观察分析了碳化物粉末粒度分布、形貌等特性;研究了这些粉末特性对涂层性能的影响。结果表明:团聚烧结法生产的碳化物粉末,其粒度均匀、形状规则、表面粗糙多孔,可作为优选粉末材料。

钛涂层的显微结构和电化学腐蚀性能研究

采用常规的超音速火焰喷涂和改进的低温超音速火焰喷涂工艺制备钛涂层,对涂层的显微组织、相组成、氧含量以及耐腐蚀性能进行研究。实验结果表明:常规的超音速火焰喷涂制备的钛涂层中有较多的TiO相,涂层内部有显微裂纹产生;而低温超音速火焰喷涂制备的钛涂层,组织均匀致密,没有显微裂纹和氧化物。与常规超音速火焰喷涂钛涂层相比,低温超音速火焰喷涂制备的钛涂层氧含量较低,耐腐蚀性能较好。