大多数HVOF热喷涂操作的主要冷却方法是使用压缩空气射流强制空气冷却。然而，冷却空气中的氧气、残余水分和碳氢化合物往往对涂层质量不利。由于单独的空气冷却通常是不够的，必须在过程中引入冷却中断，这降低了生产率。此外，当喷枪在这些冷却间歇期间离开零件时，它继续射击，导致浪费饲料粉末和工艺气体。一种新的氮气冷却技术克服了这些问题，从而提高了HVOF涂层的质量，降低了成本。

在热喷涂应用过程中保持指定部分的温度对生产符合规格的产品至关重要。将零件暴露在过多的热量下会对涂层附着力、基材和涂层硬度、疲劳寿命、耐腐蚀性和尺寸公差产生负面影响。随着当前行业向热密集型工艺发展的趋势，保持零件温度变得越来越具有挑战性。

目前，高速氧燃料(HVOF)热喷涂工艺被广泛应用于关键磨损部件的涂层，如起落架、轴承套圈、阀门和涡轮部件。在涂层过程中，熔融金属、复合材料或陶瓷液滴从喷枪或火炬喷到零件上。熔化粉末所需的热动能，加速气体喷射中的熔融材料，并将这些颗粒沉积到目标表面，导致对零件的大量热输入。此外，该过程必须一遍又一遍地重复，以建立完整的涂层厚度。在热喷涂过程中有效去除这种热负荷对于防止涂层和基材过热至关重要。

大多数HVOF热喷涂操作的主要冷却方法是使用压缩空气射流强制空气冷却。然而，冷却空气中的氧气、残余水分和碳氢化合物往往对涂层质量不利。由于单独的空气冷却通常是不够的，必须在过程中引入冷却中断，这降低了生产率。此外，当喷枪在这些冷却间歇期间离开零件时，它继续射击，导致浪费饲料粉末和工艺气体。

低温氮气冷却

达美航空公司面临着在HVOF热喷涂过程中保持所需零件温度的挑战。达美航空使用HVOF热喷涂喷涂发动机部件和起落架轴，这些部件的温度必须保持在规定的范围内。然而，由于空气冷却系统不足，生产效率低下，达美航空正在寻找一种更有效的冷却解决方案。当Delta的HVOF等离子喷涂首席技术人员Mickey Carroll读到一篇关于空气产品公司为相关应用开发的冷却系统的文章时，他联系了该公司，并概述了Delta对更好的冷却方法的需求。在与达美的系统和部件进行了几个月的合作后，空气产品公司进一步开发了使用低温氮气的热喷涂冷却系统，并使其适应达美的自动热喷涂工艺。

与传统的空气冷却工艺相比，低温氮气蒸汽冷却已被证明能显著提高生产效率(见图1)。空气产品公司正在申请专利的新冷却技术使达美飞机起落架轴涂层的喷涂时间和粉末和工艺气体消耗量减少了50%。氮气冷却系统还允许更严格的温度控制(±20°F)，并且在涂层操作期间部分温度的标准偏差显著减小。

新的热喷涂冷却技术与现有的热喷涂系统兼容，并为特定应用提供各种系统设计。喷嘴可以安装在机械臂上的热喷枪旁边。在喷涂过程中，低温蒸汽射流跟随热喷涂羽流，将零件的温度维持在预设的温度范围内。液氮的雾化和快速沸腾的设计是为了防止部分“润湿”和冷却强度的快速波动。

低温冷却系统通过监测涂层的温度并改变冷却强度以匹配喷涂过程中产生的热量，有效且均匀地冷却热喷涂涂层。温度反馈系统可以使用多种输入，包括红外成像摄像机、单点红外传感器和热电偶，这些都是由专有算法由计算机控制的。这种设置允许冷却系统通过在室温、氮气、液氮/气态混合流和100%液氮之间自动切换冷却模式来维持喷涂室操作员所拨打的涂层温度。

该系统实时显示涂层过程的重要特征，如零件瞬间和时间平均温度、各零件区域温度分布、累积热数据的标准差等。数据可以被跟踪、记录和存储以用于审计目的。

改进质量和流程

新的低温氮蒸汽冷却技术已被证明可以减少喷雾操作期间的热波动。对氮冷涂层的组织、力学性能和物理性能进行了测试，结果表明氮冷涂层与风冷涂层相当或优于风冷涂层。氮气冷却后的样品基体硬度和微孔率比风冷后有所提高，而涂层的粘结强度、涂层硬度、残余应力和表面粗糙度基本不变。此外，氮气冷却样品涂层中的吸氧和碳损失最低。

新冷却系统的另一个好处是在掩蔽过程中节省时间和成本。传统上，一种坚固耐用且耐高温的刚性保护罩必须应用于不需要涂层的部分。然而，空气冷却不足和温度升高往往导致胶带退化，包括热分解、硬化和脆化。

低温冷却技术可以使用廉价、灵活的屏蔽胶带，易于应用和移除，从而大大减少安装和清洗时间。由于低温气体可以瞬间冷却面罩的顶层，消除热量积聚，防止热量到达胶带底部，胶带保持弹性，在喷射操作后可以快速去除，留下一个干净，无残留物的表面(见图2)。胶带甚至可以重复使用几次。

未来的应用

除了航空航天部件外，低温氮气蒸汽冷却还在包括建筑设备和轧辊在内的一系列HVOF涂层应用中提供了生产力优势。Delta公司工作的成功导致了对该技术的新市场和应用的探索，预计这种新的冷却技术的其他用途将继续出现。


有关低温氮气冷却系统的更多信息，请致电800.654.4567(代码579)联系空气产品公司或访问我们的网站www.airproducts.com/cooling．