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冷喷涂与热喷涂

2021-03-17 00:00:00

航空航天,航运,石油,天然气和采矿业有什么共同点?它们具有高价组件,在需要维修或更换时会导致更高的停机时间。 

这些行业传统上都依赖于热喷涂工艺,例如火焰喷涂和电弧喷涂。自1900年代初以来,一直在开发这些方法,以修复和增强原始设备。

等离子喷涂是设备维修的另一种方法,大约在50年代后的70年代进入了该行业。喷塑加工

冷喷涂工艺是最近的发展,在1990年代开始流行。像VRC Metal Systems所开发的那样,便携式高压冷喷涂设备处于该新兴技术的最前沿。

喷塑加工

冷喷它是什么?

冷喷涂是一种涂层沉积工艺,其中粉末状材料被加速到高达3马赫的超音速。加速的粉末被沉积到相似或不相似的材料表面上。粉末使用高压电加热的载气(例如氮气或氦气)达到高速。

将气体和粉末通过德拉瓦尔喷嘴送出将粉末加速至超音速。德拉瓦勒喷嘴是一种管,其内部具有不对称的沙漏形状,并将流的热能转换为动能。喷气发动机和蒸汽涡轮机也使用这些类型的喷嘴。

一旦粒子达到这些高速并撞击材料表面,粒子就会发生塑性变形,从而使它们粘结到目标表面上。颗粒的机械互锁以及表面界面处的重结晶在颗粒与表面之间建立了牢固的结合。

有两种类型的冷喷涂:

高压冷喷涂(HPCS) –使用氮气,氦气或压力为300-1000 psi的空气,用于喷涂高强度金属和合金。 

低压冷喷涂(LPCS) –使用相同的压缩气体,压力低于300 psi,用于喷涂软金属以及金属和陶瓷粉末的混合物。

使用冷喷

冷喷涂粉末可以是纯金属,合金,也可以是金属和非金属颗粒的混合物。这些粉末允许喷涂材料涂层,使用相似或改良的材料修复表面,或者通过喷涂到表面上,然后将所需的特征加工成冷喷涂形式来实现部件特征。


冷喷涂材料可以形成耐磨涂层,从而改善了在恶劣条件下部件的使用寿命。冷喷涂工艺还可以提供防腐涂层,非常适合使用青铜,不锈钢,锌,铝或什至钽(仅举几例)的海洋和工业应用。 


除其他外,该过程可改善或修复铝,镍或钛成分。尺寸修改或维修原始零件通常是更经济的解决方案,以完全替换组件。


为什么使用它?

冷喷涂是一种“绿色”技术。在此过程中,没有化学加热,也没有熔化,因此没有有毒烟雾。此外,废料是可回收的,维修和更换零件可以节省能源并减少CO2排放。

由于聚焦的粒子喷涂路径,需要对基板区域进行最小的遮盖,并且也没有热影响区。冷喷涂工艺也不会发生氧化,合金分解或燃烧产物截留的情况。使用冷喷涂也是替换整个零件的极具成本效益的选择。例如,用18个月的交货时间替换B1轰炸机上的40“ x 40”面板可能要花费20万美元。根据损坏的程度,您可以使用冷喷涂技术在几天而不是几个月的时间内修理同一块面板,而只需花费很少的更换成本。

VRC Metal Systems开发的便携式冷喷涂设备也使冷喷涂成为无法移除维修部件的zui佳解决方案。

热喷涂它是什么?

热喷涂是另一种涂层沉积工艺。但是,该过程中的材料为喷涂到表面上的熔融或半熔融液滴形式。所使用的材料可以通过电或化学方式加热。 


典型的材料包括金属,陶瓷和聚合物,但可以包括在加热过程中会熔化或变成塑料的任何材料。通常,您可以使用热喷涂来涂覆厚度为0.1到1mm的涂层,但在某些情况下有时更厚。 

热喷涂粘结本质上是机械的,不是冶金的或熔融的。基材表面的状况很关键,在喷涂之前必须清洁和粗糙化。

下面,我们提供有关几种热喷涂类型的更多信息。

等离子喷涂:使用电气方式加热涂料。电弧形成高温等离子体射流。涂料和惰性气体一起进入等离子流,惰性气体会迅速膨胀以产生高速的颗粒喷雾。

电弧喷涂:这是另一种使用电气手段加热涂料的过程。两个涂层材料源之间会产生电弧,使它们熔化。压缩空气使涂层雾化并将液滴推向所需表面。

火焰喷涂:使用化学加热方式。诸如丙烷或氢气之类的燃料气体与氧气混合以加热金属丝或粉末形式的涂层材料。惰性气体推动基材上的涂层。

HVOF(高速氧气燃料)喷涂:是另一种化学加热产生的工艺。燃烧混合了氧气的液体或气体燃料会产生热量和压力。喷雾颗粒在腔室内加热并膨胀,迫使废气以超音速朝着基材排出。


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