超音速火焰噴涂(high velocity oxyfuel spraying， HVOF)是20世紀(jì)80年代初在普通火焰噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型熱噴涂技術(shù)。它是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧氣作助燃劑，在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒，產(chǎn)生2100m/s以上速度的超音速燃焰，同時(shí)將粉末送進(jìn)火焰中，產(chǎn)生熔化或半熔化的粒子，高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層。超音速火焰噴涂具有火焰速度高、溫度低、涂層結(jié)合強(qiáng)度高、致密性好、硬度高，孔隙率低、氧化物含量低等優(yōu)點(diǎn)。該工藝現(xiàn)在已發(fā)展到航空、冶金、紡機(jī)、汽車(chē)、鐵路等領(lǐng)域的大量應(yīng)用，代表了現(xiàn)代熱噴涂技術(shù)發(fā)展的方向。超音速火焰噴涂技術(shù)在帶來(lái)顯著社會(huì)效益的同時(shí)也具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)市場(chǎng)估計(jì)，2015年超音速火焰噴涂工藝將在熱噴涂業(yè)擁有25%的市場(chǎng)。該技術(shù)具有火焰溫度相對(duì)較低(約 2600~3000℃)、焰流速度高，噴涂過(guò)程中可有效抑制和減少碳化鎢的分解，所獲涂層可保留碳化鎢相的耐磨特性，因此該工藝特別適合于噴涂耐磨性能良好的碳化鎢類(lèi)材料，所獲碳化鎢涂層材料可以提供非常好的抗磨損和抗腐蝕性能。
中南大學(xué)近期報(bào)道了采用超音速火焰噴涂法在45#鋼表面制備碳化鎢基涂層的工作，取得了較好的效果。他們以WC、Co 、Cr 等為原料，根據(jù)WC10Co4Cr 成分配制原料，原料經(jīng)攪拌球磨、噴霧造粒和真空燒結(jié)制得各粉末塊體，然后通過(guò)破碎篩分、分級(jí)和合批控制噴涂粉末粒度為 15~45μm。經(jīng)檢測(cè)，所得噴涂粉末球形度高，流動(dòng)性好(~13 s/50g)，粉末松裝密度相近(4.8~5.0 g/cm3)，單顆粉末呈疏松結(jié)構(gòu)；粉末物相均為 WC 和 Co 相。涂層試樣基體材料為 45#鋼，噴涂前基體表面經(jīng) 50~70目白剛玉噴砂處理，然后用壓縮空氣吹掃樣品表面。采用機(jī)械手固定的 Praxair JP8000超音速火焰噴槍制備碳化鎢基涂層。
對(duì)所獲涂層的檢測(cè)表明，涂層厚度達(dá)到300微米，沉積效率達(dá)到55.15%，孔隙率為0.32%；涂層物相主要由 WC 相組成，還含有少量 W2C相和非晶相或納米晶相，未出現(xiàn) W 或η相(Co6W6C、Co3W3C)，表明顆粒在焰流中停留時(shí)間極短，粉末脫碳程度小，涂層中保存了粉末中的 WC 硬質(zhì)相，有利于涂層耐磨性的提高。實(shí)驗(yàn)中氧氣和煤油流量設(shè)定不變即噴涂時(shí)控制火焰溫度一致；加之采用新型噴槍和高效率的冷卻系統(tǒng)，減少了脫碳程度。涂層脫碳程度小的主要原因有：（1）粉末中無(wú)η相；（2）該實(shí)驗(yàn)氧氣流量和煤油流量設(shè)計(jì)有利于獲得相對(duì)較低的火焰溫度，（3）噴槍移動(dòng)速度快和噴涂過(guò)程壓縮空氣的冷卻，使涂層受熱程度較低。
硬度、磨粒磨損和抗鹽霧腐蝕性能測(cè)試表明，涂層顯微硬度達(dá)到近1300HV，體積磨損量相當(dāng)??；涂層在中性鹽霧腐蝕環(huán)境下360小時(shí)，仍然保持表面光滑并具有金屬光澤，未發(fā)生腐蝕，說(shuō)明涂層耐腐蝕能力強(qiáng)。由于添加 Cr 后易于在涂層表面形成很薄的 Cr2O3陶瓷層，因而提高了該涂層的耐腐蝕性能。
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