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超音速喷涂技术的原理是什么?

发布时间:2022/1/20 人气:664 来源:山东神腾电力建设有限公司

1、超音速喷涂原理

      电弧喷涂的原理是用两根连续送入的金属丝作为自耗电极,在它们的末端产生电弧作为热源,利用压缩空气将熔融丝雾化,以超音速喷射到工件上,形成一个一种用于高结合强度、低孔隙率和低表面粗糙度涂层的热喷涂方法。其工作原理与普通电弧喷涂(亚音速雾化)相同,超音速电弧喷涂是一种连续的熔化-雾化-沉积过程。但是,在雾化方式上,超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂有着根本的区别,即超音速电弧喷涂采用的是超音速雾化。其优点是:雾化效果好,雾化后颗粒细小均匀,速度快,有利于获得高质量的涂层。超音速电弧喷涂采用拉瓦尔喷嘴,将气流速度从亚音速提高到超音速,加强了气流对颗粒的加速作用,从而提高了颗粒速度。粒子速度对涂层的性能有很大影响。粒子速度高时,粒子沉积时对基体的冲击作用强,粒子变形充分。有利于颗粒与基材、颗粒与颗粒的结合,从而提高涂层的结合强度和内聚强度;粒子速度高,粒子在沉积前在空气中的飞行时间短,飞行过程中产生的氧化物较少。有利于颗粒的结合,从而提高涂层的内聚强度,降低涂层的孔隙率。粒子速度越高,越有利于获得高质量的涂层。

      随着热喷涂设备的升级,粒子速度不断提高,涂层质量也在不断提高。超音速雾化降低了涂层的粒径和粗糙度。粗糙度是涂层的重要性能指标,取决于雾化后的粒径。超音速雾化加强了气流对焊丝末端熔化金属的作用,雾化颗粒细小均匀,大大降低了镀层的粗糙度。同时,粒径的减小也减少了颗粒压扁过程中的飞溅,有利于降低涂层的孔隙率。超音速雾化是超音速喷涂的起点,是它与普通电弧喷涂的根本区别。超音速电弧喷涂设备包括电源、喷枪、送丝机构及其附件。关键设备是超音速喷涂。我司采用进口喷嘴,喷涂电流稳定,在保证线材雾化效果和涂层质量的前提下,可达到每天20平方米的喷涂面积。电弧喷涂时,电弧区温度高达5000-6000℃,喷嘴采用空冷方式冷却。

二、超音速喷涂的技术优点
      超音速喷涂与普通火焰喷涂相比,有以下技术优点:
 
      1、热效率高。火焰喷涂产生的大部分热量散失到大气和冷却系统中了,热能的利用率仅为8-15%。而电弧喷涂是直接用电能转化为热能来熔化丝材,热能利用率高达70-80%。
 
      2、生产效率高。电弧喷涂的生产效率高,表现在单位时间内喷涂的金属丝材多。一般情况下,其生产效率是火焰喷涂的8倍以上。
 
      3、操作简单,安全可靠。电弧喷涂设备没有复杂的操纵机构,只要把工作电流、电压根据喷涂材料的不同选在规定范围内,均可保证喷涂质量。现场仅使用电能和压缩空气,不用氧气和乙炔等易燃气体,安全可靠。
 
      4、涂层结合强度高。电弧喷涂可在不提高工作温度,不使用贵重金属的条件下获得较高的结合强度,一般可达20MPa,是火焰喷涂涂层强度的2.5倍。而超音速电弧喷涂涂层的结合强度可达60MPa,与等离子的质量接近。 
 
      5、涂层孔隙率低。涂层表面的孔隙率普遍低于1%,提高了涂层的耐磨耐蚀性能。 由于超音速电弧喷涂具有独特的优点,因此在材料防腐、耐磨,修旧利废以及电力生产领域得到广泛的应用,产生了很大的经济效益和社会效益。 
 
      超音速电弧喷涂的研制和应有成功,说明该技术具有高度的先进性和科学性。具体表现如下:
 
      1、应用空气动力学原理和计算机设计以及拉伐尔喷嘴等手段,成功研制出超音速电弧喷枪,大幅度提高粒子速度,测得的粒子速度超过了当前国内外电弧喷涂粒子速度,其中铝离子***大速度为385.7m/s。 
 
      2、设计的超音速电弧喷涂电源,起弧可靠,还有拉伐尔喷嘴对气流的加速作用,拉长了电弧并能保持电弧稳定,有效提高了丝材粒子的雾化效果和涂层的致密度、结合强度。
 
      3、喷枪采用气冷式,解决了金属粒子与喷嘴内壁的粘接难题,提高了气流的质量,致使粒子的速度和涂层质量都得到提高。
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