女生出门总是要美美的，化妆是必备的技能。清洗皮肤，涂乳液，扑粉底，画眼线，刷睫毛，描眉毛，抹口红，最后点一点腮红，整个妆容就大功告成了。航空金属零件的表面也是需要“化妆”的，而且这程序啊比起女生化妆，一点也不少。
图1 扑粉底
图2 超音速火焰喷涂系统
零件的涂层就好比女生化妆时的粉底，好让零件变得“美美的”。不过这“美美的”不是指零件长得好看，而是应该使得零件表面具有耐磨损、抗腐蚀、耐高温、抗氧化等等诸多功能，提高产品质量和可靠性。女生化妆有粉扑，有眉笔，有睫毛刷，金属零件“化妆”有啥技术、工艺呢？今天小编就和大家一起去看看给零件“化妆”的涂层技术——超音速火焰喷涂工艺。
一、何为超音速火焰喷涂工艺
其实从该工艺的名字中，就大概可以知晓这是一种怎样的喷涂工艺。还是先来看一下专业的描述。
超音速火焰喷涂是使得材料在火焰束流的加速后来达到或者超过声音传播的速度并撞击基体，以其高的动能来实现高的结合。利用可燃气体燃料（氢气、丙烷或者丙烯等）或可燃性液体燃料（如航空煤油）等与作为助燃气的氧气（或者压缩空气）混合，在高压的燃烧室中被点燃并燃烧，剧烈燃烧并膨胀的燃烧气体收到喷嘴的约束并压缩而形成超音速火焰束流，被喷涂的粉末材料沿燃烧室的轴心或者喷管周围由送粉气体送入并在火焰中被加热和加速后喷出。
图3 超音速火焰喷涂术示意图
下面小编给大家翻译成白话，简单来讲，超音速火焰喷工艺就是利用喷枪以几倍于音速的速度把粉末状的涂料喷涂到工件表面，形成涂层，而加速的动力来源就是火焰，也就是燃气流。
二、超音速火焰喷涂喷枪
超音速火焰喷枪设备最重要的部分就是喷枪，它是汇合燃料、助燃气和喷料的部件。其结构是按照流体力学原理设计的，其流道由细的喉管和逐渐扩张的锥形管组成，称之为拉瓦尔喷嘴，它可以把燃烧的火焰压缩为超音速流。这就和现代广泛应用的喷气式发动机的核心原理相似。
图4 拉瓦尔喷嘴截面形状示意图
图5 目前国际上流行的主要超音速火焰喷涂喷枪
三、超音速火焰喷涂涂层材料
1.碳化钨类材料
碳化钨涂层材料一般有WC/10Ni、WC/10Co、WC/10Co4Cr等，这些涂层材料可以提供非常好的抗磨损和抗腐蚀性能。
图6 碳化钨粉末
2.碳化铬类材料
由于碳化钨涂层在使用中有一定的温度限制，因此其它耐热涂层材料如碳化铬类材料得到了发展，例如Cr3C2- 25NiCr材料。
图7 碳化铬粉末
3.金属类材料
大体积零件一般用NiCr合金或其它高合金/超合金组合金属材料，如各种类型的MCrAlY涂层材料，包括CoNiCrAlY、NiCoCrAlY、NiCrAlY及Fe-CrA1Y等。固定式燃气机中的叶片均喷涂上MCrA1Y涂层。
图8 金属粉末涂层
4.陶瓷类材料
超音速火焰喷涂工艺制备的三氧化二铝基涂层比用等离子喷涂的涂层密度更高，更能形成光滑的喷涂表面。采用超音速火焰喷涂工艺的某些陶瓷涂层实质上是无空隙的，并且表现出优异的性能。
5.塑料
超音速火焰喷涂工艺允许粒子热比率到粒子动能(速度)的柔性变化，这种双重控制适应喷涂塑料。热塑性塑料和热固性塑料均可以作为完整的涂层应用而不影响它们的基本化学结构及特异性能。
四、超音速火焰喷涂设备
1. Sulzer Metco公司的DJ-2700高速氧气一燃气喷涂系统，是较早实现工业化应用的比较成熟的超音速喷涂设备，可燃气和助燃气分别使用的是丙烷和氧气，使用水和压缩空气分别冷却枪体的燃烧室和枪管。
图9 DJ-2700喷枪
图10 DJ-2700喷涂设备
2. praxiarTAFA公司的JP-5000高压高速氧气一燃气喷涂系统，由于其火焰的速度和温度都较高，所以在喷涂某些材料时可以获得高质量的涂层，它的可燃液体和助燃气分别使用的是航空煤油和氧气，并用水来冷却枪体的燃烧室和枪管。
图11 JP-5000喷枪
图12 JP-5000喷涂设备
3. Unique Coat公司的Intel li一Jet AC一HVAF活性燃烧高速氧气一燃气喷涂系统所使用的可燃气和助燃气分别是丙烷和压缩空气，不用氧气作为助燃气，在喷枪的设计上引进了二次助燃技术，并同时用压缩空气对喷枪进行冷却。
图13 AC-HVAF喷枪
图14 AC-HVAF喷涂设备
五、超音速火焰喷涂工艺的优缺点
1.主要优点
粉末粒子的飞行速度高，冲击能量大，可以形成致密的、结合强度高而无分层现象的高质量涂层；火焰温度不高，粉末粒子在火焰中停留和加热的时间短，因此，材料的相变、氧化和分解收到抑制，特别适合喷涂在高温下极易分解和退化的碳化钨等金属陶瓷材料；喷涂距离可以在较大的范围内变化而不影响涂层质量。
2. 主要缺点
喷涂消耗的燃料和助燃气量大，设备价格昂贵，运行成本很高；
喷涂噪声大，需要在隔音室中操作；
火焰温度不高，不适于喷涂高熔点的材料；
喷涂所使用的粉末粒度要求高，一般只能喷涂细粒且粒度范围窄的粉末。
六、在航空制造中的应用
由于超音速喷涂工艺火焰温度并不高，且对粉末的加热时间很短，可以防止粉末的过分氧化、烧损、蒸发和分解，制备的涂层具有很好的耐磨和抗氧化性能，所以备受航空航天界的青睐，并很快得到了应用。
1.飞机发动机的涡轮叶片
飞机发动及涡轮叶片处于高转速，高温度的工作环境中，对于材料的要求很高，对于零件表面质量的要求也很高。叶片涂层要耐高温、耐烧蚀、耐高压等。应用超音速火焰喷涂工艺可以达到要求，而且该工艺还可用于喷气涡轮发动机部件的修复。
图15 飞机发动机涡轮叶片
图16 飞机发动机
MeteoPerkin-Elmer和GeneralPlasma曾制定了联合研究计划，应用超音速火焰喷涂Cu-Ni-nI，增加了沉积效率，改善了涂层的性能并提高了涂层的可靠性。他们还联合开发了HVOF喷涂AI-PE涂层，用于提供燃气涡轮发动机的间隙控制。
1986年，G.E.AcrarftEngines使用超音速火焰喷涂wc涂层合格，开始评定钻基T-800在飞机发动机部件上的应用及T-400涂层的应用。
另外，Metco公司用于航空工业的超音速火焰喷涂部件还有压缩机叶片、轴承座和迷宫式密封垫。
图17 迷宫式密封结构
Peter O.Buzby等报道了超音速火焰喷涂用于经氮化的部件。例如GE-T38涡轮发动机的空转螺旋齿轮轴，氮化层0.3mm，氮化表面上有两个磨损区需要修理。G.E.AireraftEn-gine Group and Plasma Teehnology Inc联合开发用超音速火焰喷涂方法喷涂WC-12%Co涂层来修理氮化件。试验结果达到了要求。
2. 在飞机起落架上的应用
近年来，超音速火焰喷涂工艺已经开始在飞机起落架的制造中应用，并在一些零件制造中代替镀硬铬工艺。能够有效的提高起落架零部件的抗摩擦磨损、耐腐蚀等性能。
图18 作业设备
图19 对零件进行喷涂
图20 喷涂完成的起落架支柱
图21 飞机起落架支柱
