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超音速噴涂在航空汽車造船等行業的應用

超音速噴涂、超音速等離子噴涂、燃氣爆炸噴涂技術在抗腐化侵蝕 涂層中應用,可制備結合強度高(50~100MPa),孔隙率極低(〈=1.5%)的優質涂層,并獲得很好的應用效果。涂層封孔劑方面的研究進展據不完全統計,我國研制成功并實施應用的達近百種。其中絕大部分用于常溫、弱介質環境涂層封孔。用于惡劣(liè)工況環境的封孔劑根據資料介紹,目前已經有20多種可用于包括(bāo kuò)王水在內的介質環境涂層封孔,其中5種可在200度以上長期使用,耐溫高達500度,有10種封孔劑可用于食品以及醫藥行業。
汽車行業的應用:為了提高汽車的性能,減少汽車的能耗和適應環保要求,熱噴涂技術在汽車制造行業有了較大的發展。超音速噴涂在噴涂機噴嘴出口處產生的焰流速度一般為音速的4倍,即約1520m/s,高可高達2400m/s(具體與燃燒氣體種類,混合比例,流量,粉末質量和粉末流量等有關)。粉末撞擊到工件表面的速度估計為550-760m/s,與爆炸噴涂相當。超音速噴涂燃料航空煤油與助燃劑(O2)以一定的比例導入燃燒室內混合,爆炸式燃燒,因燃燒產生的高溫氣體以高速通過膨脹管獲得超音速。由于汽車工業屬大工業化生產,一個成熟的工藝技術,往往形成的批量生產是很可觀的。目前已形成批量產品的有同步環、活塞環,發動機(Engine)的氣門挺桿以及氧(Oxygen)敏傳感器探頭等部件的熱噴涂,其他許多部件仍在工業性試驗中,或尚未形成批量生產,表2給出汽車工業零部件采用的涂層材料和工藝。
為了減輕整車質量達到降低能耗,逐步采用鋁合金(alloy)取代傳統金屬材料(Material),同時還要保持或提高原設計和選用材料的性能。超音速噴涂燃料航空煤油與助燃劑(O2)以一定的比例導入燃燒室內混合,爆炸式燃燒,因燃燒產生的高溫氣體以高速通過膨脹管獲得超音速。因此,在鋁合金上制備不同涂層的熱噴涂技術,目前正針對不同需求開展研究(research)。其次,非傳統的功能性涂層,如高隔熱涂層、低噪聲涂層、磁性傳感功能涂層、高精度抗蝕涂層、代鉻涂層均有較好的應用前景。再者,等離子噴涂工藝在汽車制造工業中仍有強勁的生命力,且對其自動化、智能化、高精度、高效率要求越來越高,其原因是應適合汽車零部件生產(Produce)大批量、低成本、高質量的要求。
造船工業的應用:除了船用動力系統的排氣閥,活塞(piston)環、缸套等部件按類似汽車工業的如大型船舶(釋義:船只總稱)的艉軸、軸承座、發電機、舵機、錨機等輔機軸,各種閥門(功能:截止、導流、穩壓、分流等)密封面、泵軸套、柱塞、機械密封環等運動部件。往往由于關鍵(解釋:比喻事物的重要組成部分)部位磨損超差,不能使用,針對部件材質、磨損形式和使用條件,采取適當涂層進行修復,經濟(jīng jì)效益十分可觀。航道疏浚用的挖泥船,大量零部件如泥斗、耙頭、鉸刀(卷名:機械工程)、鏟齒、泥泵葉輪等被泥沙磨損需修復。為提高部件的耐磨損性,主要過用Ni60或Ni60+WC等硬質火焰噴焊層進行修復,較原部件提高壽命達數倍,效果十分明顯。
航空發動機(Engine)的應用:航空發動機某些零部件的磨損(零部件失效的一種基本類型)問題也是十分嚴重的,在服役期間,有的發動機低壓轉子(rotor)轉速5000r/min,高壓轉子轉速15000r/min;并在極高負載和各種頻率的振動下工作,從而產生各種機理的磨損,這些磨損僅靠改變基體材料是達不到要求的。據統計,1976年前發動機零部件60%因磨損而報廢,采用耐磨涂層后報廢率降到30%,目前采用爆炸噴涂和HVOF噴涂涂層已有50多種在航空產品零件上獲得應用,如高低壓壓氣機葉片、渦輪(Turbo)葉片、輪轂封嚴槽、齒輪軸、火焰筒外壁、襯套、副翼滑軌、制動裝置等。目前國內開發的某新機種上,規定采用十幾種熱噴涂涂層(主要是耐磨涂層)數百個零件,其中四種關鍵的耐磨涂層必要采用結合強度好、涂層致密度(單位:g/cm3或kg/m3)高的爆炸噴涂和HVOF噴涂工藝制備。
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