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2023-06-23
HVAF喷涂工艺原理及设备组成
【摘要】：20世纪80年代初，JamesA.Browning在发明HVOF喷枪的同时，也发明了用空气取代氧气的高速火焰喷涂HVAF喷枪。图2-18 HVAF喷涂原理图2.设备组成HVAF喷涂系统由喷枪、控制台、送粉器、丙烷供气系统、空压气系统、各种管线六部分组成，如图2-19所示。图2-19 HVAF喷涂系统构成下面以Kermitico公司的AK型HVAF为例，进行介绍。
20世纪80年代初，JamesA.Browning在发明HVOF喷枪的同时，也发明了用空气取代氧气的高速火焰喷涂HVAF（High Velocity AirFuel）喷枪。在HVAF技术出现的最初20年，对喷涂粉末的挑剔、喷涂沉积率偏低以及涂层质量并不十分出色等因素导致HVAF技术发展缓慢。但近十几年来，随着HVAF技术的不断完善，其优质、高效喷涂碳化物涂层的试验研究和应用实例的报道日益增多，业内对该技术有了全新的认识，HVAF技术呈现出了快速推广应用的趋势。目前世界上成熟推广商用HVAF喷涂系统的厂商主要有两家：一是美国的UniqueCoat公司，其代表产品有M2和M3HVAF喷涂系统；另一家是美国的Kermetico公司，先后推出了AK-5、AK-6、AK-7等HVAF系统，并取得了不俗的推广应用效果。
1.HVAF喷涂工艺原理
图2-18是HVAF喷枪工作原理图，其主燃料气体可选用丙烷或者丙烯。压缩空气和燃料的混合物通过多孔陶瓷片进入燃烧室，经由火花塞初始点燃混合气体后，该陶瓷片被加热到混合气体的燃点以上，然后持续点燃混合物（形成激发燃烧），粉末轴向注入燃烧室，在燃烧室被加热，进入喷嘴后被加速，实现了粉末加热与加速段的分离，从而实现了粉末颗粒温度和速度的精确控制，高温高速的粒子撞击基体表面，形成涂层。HVAF喷涂工艺可制备各种优质、高致密度的金属、合金或者金属陶瓷涂层。
图2-18 HVAF喷涂原理图
2.设备组成
HVAF喷涂系统由喷枪、控制台、送粉器、丙烷供气系统、空压气系统、各种管线六部分组成，如图2-19所示。
图2-19 HVAF喷涂系统构成
下面以Kermitico公司的AK型HVAF为例，进行介绍。
（1）喷枪 可配备AK-5、AK-6、AK-7型机装喷枪，还有AK-HH型手持喷枪和AK-ID内孔喷枪供选配。几种喷枪的参数见表2-6。
表2-6 几种喷枪的参数
（2）控制台 控制台为触摸屏式全自动控制台，操作简单可靠。
（3）送粉器 送粉器为HVAF喷枪连续输送粉末，送粉率最高达30kg/h，工作压力最高1.2MPa。
（4）丙烷供气系统 在预设压力和温度下，通过电加热器使液态丙烷或丙烯汽化。
3.涂层和工艺特点
（1）涂层特点
1）涂层致密度高，孔隙率可小于0.5%。
2）氧化物含量低，接近真空喷涂的水平。
3）结合强度高，与碳钢的结合强度大于75MPa。
4）涂层外观平滑，研磨后可达光学镜面。
（2）工艺特点
1）设备配置简单，喷枪易损件寿命长，加工成本低；不用氧气，喷枪采用气冷，无须水冷却热交换系统；喷涂碳化物类涂层，其喷涂速率可达30kg/h；涂层制备成本较HVOF明显降低。
2）可根据涂层性能要求的高低，选择不同的工作模式：HVAF-E（经济模式）、HVAF- B（平衡模式）、HVAF-U（超级模式），以获得不同性能的涂层，达到最佳的经济效果。
3）可配备多种规格的内孔喷枪，能够在工件内表面制备优质涂层；还开发有旋转内孔喷枪，适于大型无法旋转部件内壁涂层的制备。
4）焰流温度低、速度高，选用专门设计的喷枪可制备铝、铜、银、钛等低含氧量低致密涂层。
5）HVAF喷枪把喷涂粉末改换成氧化铝砂可用于工件表面的喷砂粗化处理，实现表面粗化和工件预热同步完成，可缩短加工时间并降低成本，对大型工件此工艺特点效果尤为显著。
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