超音速喷涂技术原理
现有设备中， 热源有火焰、等离子、电弧等几种，喷涂碳化钨， 工作气体(或工作液体) 也有所不同， 但均采用L aval 喷嘴或等截面喷嘴两种方式获得超音速[ 1 ]。如超音速火焰喷涂是利用可燃气(如氢气、丙烷或丙烯) 或液体燃料(如航空煤油) 等与氧气混合， 在燃烧室点燃， 剧烈膨胀的气体受喷嘴的约束形成超音速高温火焰流， 粉末沿燃烧室轴心由惰性气体(如氮气) 送入，受到加热与加速而喷出。超音速等离子喷涂是借助氩气和氮气通过L aval 喷嘴产生扩展型等离子弧，再利用扩展弧来加热气体得到超音速等离子射流同时有效地加温加热喷涂粉末。超音速电弧喷涂则是利用丙烷等燃气与压缩空气燃烧产生焰流，并且燃气被调节成过量，使焰流具有一定的还原性。冷喷涂技术基于加压的预热气流、渐缩放的喷嘴和加压的粉末送料器，产生细的高度聚焦的喷涂气流；气体压力越高，粒子速度越大。
焰流是否达到超音速可通过观察火焰中是否存在马赫锥来判断。当焰流达到超音速时，焰流的速度可以达到2～5 马赫。将粉末沿轴向或径向送进焰流中，即可实现喷涂。在燃烧过程中产生的能量将用来加热和加速焰流及粉末。气流的速度与气体的成分、压力、流量、温度、密度以及喷枪喷嘴的通径等有关。L aval 喷嘴是按流体动力学的原理设计的。喷嘴的流道是由细的喉管和逐渐加粗到某一尺寸的锥形管组成，在瑞利流和范诺流效应下，L aval 喷嘴在喷嘴内部焰流达到阻塞状态，从而在出口处获得超音速射流，当亚音速气流进入L aval喷嘴的收缩段后，热喷涂碳化钨，由于过流断面积逐渐减小，气流膨胀加速到喷嘴喉部，压力值下降到临界压强值P = P 0 [2k + 1] kk- 1 对于空气，k= 14，则P = 0. 528P 0，此时焰速达到音速，气体流量达大值，此气流在其后的扩张管内的流动将会是继续减压增速，因而在喷嘴出口处可获得超音速焰流。其速度由可压缩流体力学公式计算: V = 当P 0 达到一定值后，按喷嘴入口和出口的压力，存在一个能够获得超音速焰流的合理的喷嘴形状，燃气通过喷嘴后就可获得超音速流。而且，随着P 0 的增大，喷嘴出口处气流的速度增高[ 10 ]。但对于等截面喷嘴的喷枪，是在喷嘴出口处达到阻塞状态，在喷可以得到的大焰流速度为当地音速[ 11 ]。理想气体的当地超音C 定义为: C = K R T (1) 其中: K 为气体的比热比，喷涂碳化钨工艺， R 为气体常数， T 为当地温度。当地马赫数M 定义为当地气流速度V 与当地音速C 之比: M = V ?C (2) 马赫数M = 1 的状态为临界状态，喷涂碳化钨的作用， 此时， 流动状态被称为阻塞， 对于等截面喷管， 喷枪出口处焰流速度达到大， 等于当地音速。因为， 对于流过等截面喷管的焰流， 对焰流的加热(瑞利流: Reyleigh f low ) 和摩擦(范诺流: Fanno f low ) 都将增加焰流的速度和马赫数。当焰流达到阻塞状态时， 在自由射流中将产生膨胀波和压缩波，这两种波相交将在射流中产生明亮的马赫锥。锥角的一半称为马赫角， 马赫角的正弦与马赫数成正比。
根据马赫角的大小就可以确定马赫数， 再由(1) 式和(2) 式即可得出焰流的速度V 。
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热喷涂的基本工艺基体表面处理
热喷涂的基本工艺包括：基体表面预处理、喷涂、表面热处理和涂层封孔处理、涂层表面的精加工。
（1）基体表面预处理：喷涂方法选定之后，还要选定预处理工艺，包括去油、除锈、表面粗糙化。
（2）喷涂：喷涂施工时，必须确定合理的工艺参数，以控制喷涂质量。
包括：①喷涂热源条件，即燃料种类及和氧混合的比例；
②材料输送，即输送气体的种类、速度、流量以及输送位置和角度；
③喷涂材料，包括材料成分、物理性质、粉末形状、粒度、线料或棒料直径等；
④机件的基体成分、基体温度、性能、表面处理方法；⑤喷涂操作，包括喷枪与机件的距离，喷枪或机件的移动速度，喷枪与机件的角度，喷涂气体介质等。
（3）涂后处理：涂后要立即进行封闭处理或热处理。
（4）精加工：喷涂后，涂层需进行磨削加工以保证尺寸精度。此外，喷涂施工时必须注意安全防护工作，包括：防止高速高温的喷涂射流对人员和设备的危害；对喷涂粉尘的防尘和通风；对喷涂噪音和喷涂弧光辐射的安全防护。
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