等離子噴涂工藝及熱障涂層數(shù)值模擬理論及應(yīng)用

音障一詞最早在1945年，由一位英國(guó)的科學(xué)家提出，當(dāng)時(shí)英國(guó)試飛了一架代號(hào)為“燕子”的飛機(jī)，飛機(jī)接近音速后，機(jī)身突然解體，機(jī)毀人亡。這位科學(xué)家便說(shuō)：音速像是飛行器前面突然出現(xiàn)了一堵障礙墻。音障一詞由此而來(lái)。音障的意思是，飛行速度快要達(dá)到音速時(shí)，會(huì)突然出現(xiàn)飛機(jī)失控以及空中解體的現(xiàn)象。

隨著飛行速度進(jìn)一步提高，機(jī)身與空氣的摩擦效應(yīng)將帶來(lái)巨大熱量，這導(dǎo)致飛行器表面溫度急劇升高，高溫會(huì)大大降低機(jī)身材料強(qiáng)度，更嚴(yán)重時(shí)，還能夠?qū)w行器表面燒穿，造成機(jī)毀人亡。2003年，美國(guó)哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)失事，其原因是用于隔熱的瓦片脫落，脫落后造成機(jī)身下游流動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生紊亂，形成湍流，湍流傳遞熱量的能力極強(qiáng)，使得哥倫比亞號(hào)機(jī)身被燒穿，七名宇航員全部遇難。因此，高溫對(duì)于飛行器自身的熱承載能力來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。高速帶來(lái)的高溫似乎成為一道不可逾越的障礙。這便是熱障。

超越音障和熱障之后，人類開(kāi)始向太空探索。往返于空天之間的飛行器，比如航天飛機(jī)，載人飛船等，完成任務(wù)之后，返回地球表面時(shí)，進(jìn)入大氣層之后，速度能達(dá)到30倍音速的量級(jí)。如果不采取任何措施，飛船將會(huì)如流星一般，化成一團(tuán)火，燃燒殆盡。由此可見(jiàn)，在大氣層以超高速飛行時(shí)，飛行器表面會(huì)產(chǎn)生大量的熱，雖然我們可以通過(guò)棄卒保車的方法保證飛行安全，但如此高的溫度還會(huì)帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題。一般到兩三千攝氏度之后，空氣將會(huì)被分解和電離，形成等離子體。所以，超高速飛行時(shí)，飛行器會(huì)被等離子體曾緊緊包裹。而等離子體具有吸收和反射電磁波的能力，這使得無(wú)線電信號(hào)無(wú)法從飛行器內(nèi)部發(fā)出，飛行器內(nèi)部也無(wú)法接收到來(lái)自地面的信號(hào)。這會(huì)切斷飛行器的所有聯(lián)系，飛行器就像瞎子一樣，這便是黑障。

熱障涂層的制備方法

目前使用最多的熱障涂層材料是氧化鋯基材料

熱障涂層破壞理論與評(píng)價(jià)技術(shù)

莫來(lái)石

莫來(lái)石是一種優(yōu)質(zhì)的耐火原料，這一類礦物比較稀少。莫來(lái)石是鋁硅酸鹽在高溫下生成的礦物，人工加熱鋁硅酸鹽時(shí)會(huì)形成莫來(lái)石。天然的莫來(lái)石晶體為細(xì)長(zhǎng)的針狀且呈放射簇狀。莫來(lái)石礦被用來(lái)生產(chǎn)高溫耐火材料。在C/C復(fù)合材料中多作為熱障涂層，應(yīng)用廣泛。莫來(lái)石AI2O3-SiO2元系中常壓下穩(wěn)定的二元固溶體，化學(xué)式為AI2O3-SiO2的天然莫來(lái)石非常少，通常燒結(jié)法或電熔法等人工合成。

熱噴涂涂層的結(jié)合機(jī)理

隨著暖氣片老式防腐技術(shù)開(kāi)始被淘汰，新的電弧噴涂防腐技術(shù)開(kāi)始在暖氣片行業(yè)流行，這種電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，利用兩根金屬絲端部短路產(chǎn)生的電弧使絲材熔化，用壓縮空氣把已熔化的金屬霧化呈微熔滴，并使其加速后以很高的速度沉積到基體表面形成涂層的一種熱噴涂方法。下面就讓我們一起來(lái)看看，暖氣片這種新的防腐技術(shù)吧。

　　(一)暖氣片電弧噴涂的特點(diǎn)

　　1、防腐壽命長(zhǎng)，是其它防腐方法無(wú)法比擬的，一次防腐，一勞永逸。

　　2、設(shè)備及原材料國(guó)產(chǎn)化達(dá)100%，工藝簡(jiǎn)單易行。與熱浸鋅相比，電弧噴涂靈活方便，一套設(shè)備能對(duì)不同形狀和尺寸零件進(jìn)行防腐施工，便于流動(dòng)施工。而熱浸鋅防腐不同尺寸和形狀構(gòu)件將會(huì)受到熔池尺寸的限制，也不便流動(dòng)施工。

　　3、環(huán)保方面。采用專門配套，價(jià)格低廉的除塵設(shè)施，使排放物均達(dá)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。而刷漆及熱浸鍍的除銹酸液及熱浸鋅產(chǎn)生的鋅蒸汽均無(wú)環(huán)保措施。

　　4、電弧噴涂的設(shè)備投資僅為熱浸鋅的1/5～1/15，熱浸鋅設(shè)備投資約為100～300萬(wàn)元，電弧噴涂設(shè)備投資(包括除塵設(shè)備)，對(duì)一般生產(chǎn)規(guī)模約20萬(wàn)元，特大型構(gòu)件的大規(guī)模生產(chǎn)約40萬(wàn)元。

　　5、煤礦井筒鋼結(jié)構(gòu)件在加工、起吊、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中，涂層易被碰損、劃傷，電弧噴涂技術(shù)本身即可修復(fù)；而熱浸鋅自身無(wú)法修補(bǔ)，只能用噴涂方法修復(fù)，勢(shì)必又一次增加設(shè)備投資。

　　6、電弧噴涂可根據(jù)不同腐蝕環(huán)境噴涂相應(yīng)耐蝕材料涂層，工藝系統(tǒng)具有普遍適用性。熱浸鋅僅能制備鋅涂層，對(duì)復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，單一的鋅涂層將難以適應(yīng)，會(huì)大大降低涂層耐蝕壽命。

　　7、與火焰噴涂相比，電弧噴涂的結(jié)合力與生產(chǎn)效率均為火焰噴涂的2倍以上，成本低廉，工藝穩(wěn)定，施工方便。

　　(二)暖氣片電弧噴涂設(shè)備的特點(diǎn)

　　電弧噴涂設(shè)備具有噴涂涂層質(zhì)量好、致密度高、結(jié)合力強(qiáng)、噴涂效率高、高效節(jié)能、操作簡(jiǎn)便安全等特點(diǎn)，可噴涂鋅、鋁、不銹鋼、銅等金屬絲材，應(yīng)用于各種防腐工程和機(jī)械維修。

　　該設(shè)備具有如下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：

　　1、噴涂效率高：該型電弧噴涂設(shè)備每小時(shí)可噴鋅25－35kg，是傳統(tǒng)線材火焰噴涂效率的2－4倍。

　　2、涂層質(zhì)量好：該系列電弧噴涂設(shè)備，采用目前世界公認(rèn)的先進(jìn)技術(shù)－雙霧化、封閉式噴嘴，噴出的霧化粒子溫度高、飛行速度快、涂層致密、均勻，涂層的物理性能(如密度、結(jié)合強(qiáng)度)均優(yōu)于傳統(tǒng)的線材火焰噴涂層。

　　3、操作方便、安全：該系列電弧噴涂設(shè)備體積小，移動(dòng)靈活；噴槍的重量?jī)H1公斤，大大降低了人的勞動(dòng)強(qiáng)度，操作非常方便；該設(shè)備輸出空載電壓在40V以下，非常安全。

　　4、噴涂時(shí)工件不變形：由于以高壓空氣為動(dòng)力，使工件在噴涂時(shí)受熱很輕微，保證了工件在噴涂時(shí)不變形。

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熱噴涂耐磨涂層的制備工藝

耐磨涂層的硬度與廠家材料有關(guān)，耐磨涂層材質(zhì)有：

1、北京耐默公司JP8000碳化鎢涂層硬度是維氏硬度HV1100；

2、KN17高分子陶瓷聚合物耐磨涂層硬度是莫氏硬度8.5；

3、KN3000等離子噴涂耐磨涂層硬度是洛氏硬度HRC60。

熱噴涂涂層制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

噴涂流程:噴底漆→面漆→罩光漆→烘烤(180-250℃)→質(zhì)檢。 標(biāo)準(zhǔn)以美國(guó)建筑制造業(yè)協(xié)會(huì)AAMA-605.02.90為準(zhǔn)。 多層噴涂工藝以三次噴涂(簡(jiǎn)稱三噴)，噴底面漆、面漆及罩光漆和二次噴涂(底漆、面漆)。 具體有以下步驟： 底漆涂層； 面漆涂層； 罩光漆涂層； 固化處理； 質(zhì)量檢驗(yàn)。 拓展 噴涂 噴涂通過(guò)噴槍或碟式霧化器，借助于壓力或離心力，分散成均勻而微細(xì)的霧滴，施涂于被涂物表面的涂裝方法?？煞譃榭諝鈬娡俊o(wú)空氣噴涂、靜電噴涂以及上述基本噴涂形式的各種派生的方式，如大流量低壓力霧化噴涂、熱噴涂、自動(dòng)噴涂、多組噴涂等。

等離子噴涂工藝及熱障涂層數(shù)值模擬理論及應(yīng)用視頻

　　黑障：　　當(dāng)衛(wèi)星、航天飛船等空間飛行器以很高的速度返回大氣層時(shí)，在一定高度區(qū)域，與地面的通信聯(lián)絡(luò)會(huì)中斷，這個(gè)中斷聯(lián)絡(luò)的區(qū)域就是黑障區(qū)。黑障區(qū)一般出現(xiàn)在地球上空35到80千米的大氣層間。火箭和航天器重新進(jìn)入大氣層的部分，如彈頭、再入艙等稱為再入體，黑障區(qū)的范圍取決于再入體的外形、材料、再入速度以及發(fā)射信號(hào)的頻率和功率。黑障現(xiàn)象給載人飛船返回時(shí)的實(shí)時(shí)通信、再入測(cè)量造成困難?！　⌒纬稍颍骸　『谡鲜窃鯓有纬傻哪兀课覀冎?，所有飛行器返回大氣層的時(shí)候，飛行速度極高，可以達(dá)到音速的十幾倍到幾百倍。這就使飛行器的前端形成了一個(gè)很強(qiáng)的激波。由于飛行器頭部周圍激波的壓縮和大氣的粘度作用，使高速飛行的動(dòng)能大量轉(zhuǎn)化為熱能。飛行器表面達(dá)到很高的溫度時(shí)，氣體和被燒蝕的防熱材料均發(fā)生電離。于是，在飛行器的周圍形成一層高溫電離質(zhì)，等離子體鞘和電磁波相互作用，從而導(dǎo)致用于通信的電磁波傳輸衰減或反射，此時(shí)，地面與飛行器之間的無(wú)線電通信便中斷了?！　‰S著飛行器高度的下降，當(dāng)速度降低到一定程度時(shí)，不再有足夠的溫度使氣體分子電離，等離子體鞘解除，黑障就會(huì)消失。

熱噴涂耐磨涂層的制備

1、耐磨損涂層。包括抗粘著磨損、表面疲勞磨損涂層和耐沖蝕涂層，其中有些情況還有抗低溫（<538℃）磨損和抗高溫（538～843℃）磨損涂層之分。萊垍頭條

2、耐熱抗氧化涂層。該種涂層包括高溫過(guò)程（其中有氧化氣氛、腐蝕性氣體、高于843℃的沖蝕及熱障）和熔融金屬過(guò)程（其中有熔融鋅、熔融鋁、熔融鐵和鋼、熔融銅）所應(yīng)用的涂層。萊垍頭條

3、抗大氣和浸漬腐蝕涂層。大氣腐蝕包括工業(yè)氣氛、鹽性氣氛、田野氣氛等造成的腐蝕，浸漬腐蝕包括飲用淡水、非飲用淡水、熱淡水、鹽水、化學(xué)和食品加工等造成的腐蝕。電導(dǎo)和電阻涂層，該種涂層用于電導(dǎo)、電阻和屏蔽。萊垍頭條

4、恢復(fù)尺寸涂層。該種涂層用于鐵基（可切削與可磨削的碳鋼和耐蝕鋼）和有色金屬（鎳、鈷、銅、鋁、鈦及他們的合金）制品。萊垍頭條

5、機(jī)械部件間隙控制涂層，該種涂層可磨，耐化學(xué)腐蝕涂層?；瘜W(xué)腐蝕包括各種酸、堿、鹽，各種無(wú)機(jī)物和各種有機(jī)化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。萊垍頭條

等離子噴涂工藝及熱障涂層數(shù)值模擬理論及應(yīng)用說(shuō)明

首先超高音速是啥鬼？首先定義“當(dāng)?shù)芈曀佟?，即該種物質(zhì)在當(dāng)?shù)厮幁h(huán)境內(nèi)的聲速數(shù)值，一倍音速即為一“馬赫”。馬赫是聲速的單位，類似速度的m/s。亞音速，不到一馬赫。高亞音速，一般無(wú)定義，可以理解為極其接近音速，來(lái)個(gè)俯沖就破了。0.8馬赫是一個(gè)典型值，一般的高性能螺旋槳飛機(jī)和不開(kāi)加力的噴氣戰(zhàn)斗機(jī)極速都在這個(gè)位置，故通常在0.8馬赫以上就視為進(jìn)入高亞音速?？缫羲?，0.8～1.2馬赫，區(qū)間內(nèi)有巨大的波阻，該區(qū)間包線變化明顯。超音速，超了音速就叫超音速……熱障，一般視為2. 5馬赫，由于高速導(dǎo)致機(jī)體摩擦升溫，在該速度下航空鋁合金已經(jīng)失去了強(qiáng)度，非常危險(xiǎn)。高超音速，五馬赫。黑障，由于高速加熱，空氣化為等離子體，會(huì)屏蔽掉部分電磁波，導(dǎo)致通訊失效。例如，在彈道導(dǎo)彈再入時(shí)，彈頭接收定位通訊變軌，如果在黑障內(nèi)會(huì)導(dǎo)致通訊中斷，彈頭緊緊抱住慣性導(dǎo)航小陀螺瑟瑟發(fā)抖。原為五馬赫，現(xiàn)由于科技進(jìn)步，全球先進(jìn)水平大致提升至十馬赫附近。