Process – High Velocity Oxygen Fuel Spraying (HVOF)

High Velocity Oxygen Fuel Spraying (HVOF) การพ่นเคลือบด้วยเชื้อเพลิงความเร็วสูง

กระบวนการพ่นเคลือบแบบ HVOF ได้รับการพัฒนาขึ้นต่อยอดจากกระบวนการพ่นแบบ PFS หลังจากพบว่าการเพิ่มความเร็วของอนุภาคมีผลอย่างมีนัยสำคัญของคุณภาพของเนื้อพ่นพอก ที่ซึ่งช่วยเพิ่มความหนาแน่นและการยึดเกาะกับพื้นผิวของชั้นผิวเคลือบได้เป็นอย่างดี

สำหรับกระบวนการ PFS ความเร็วของอนุภาคจะอยู่ในช่วง 50 m/s ส่วนในกระบวนการ HVOF นั้น การออกแบบปืนพ่นพอก รวมทั้งการควบคุมอัตราและปริมาณการไหลของแก๊สที่เหมาะสมส่งผลให้เกิดการสันดาปของแก๊สด้วยความเร็วสูง  ความเร็วอาจเพิ่มขึ้นถึง 450m/s

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 ปืนพ่นเหล่านี้จะออกแบบในลักษณะภายในกระบอกปืนมีรูปทรงกระบอกเรียว(ลู่เข้า)ดังนั้นการสันดาปในห้องเผาไหม้ภายในปืนพ่นสามารถให้ความเร็วสูงสุดเท่าความเร็วเสียงเท่านั้น ในปัจจุบันปืนพ่นพอก HVOF รุ่นใหม่จะถูกออกแบบในรูปแบบของ de-Laval คือ ภายในกระบอกปืนมีลักษณะลู่เข้าและลู่ออกตามรูปด้านล่าง ส่งผลให้ความเร็วอนุภาคสามารถเพิ่มขึ้นถึง 850 m/s และยังคงมีการพัฒนาต่อไป

นอกจากเชื้อเพลิงที่เป็นแก๊สเช่นไฮโดรเจน, มีเทน, อะเซทิลีน, เอทิลีน, โพรพิลีน หรือโพรเพน แล้ว เชื้อเพลิงเหลวยังสามารถนำใช้งานสำหรับระบบการพ่นเคลือบแบบ HVOF ได้เช่นกัน การเลือกใช้สารที่ติดไฟได้จะต้องกำหนดอุณหภูมิเปลวไฟสูงสุดที่สามารถทำได้ โดยการปรับอัตราส่วนระหว่างการเผาไหม้กับอัตราการไหลของออกซิเจน  สำหรับการระบายความร้อนของกระบวนการพ่นเคลือบแบบ HVOF นั้น ทำได้โดยการใช้น้ำหรืออากาศอัดเป็นตัวกลางในการนำความร้อนออกจากระบบ

ในการถ่ายเทความร้อนไปยังผงวัสดุเคลือบไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเปลวไฟเท่านั้น แต่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของการพ่นและสภาวะการพ่น เช่น ขอบเขตการพ่น, เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของหัวพ่น, อัตราการไหลของแก๊ส และอัตราป้อนผงเคลือบ สำหรับการพ่นผงวัสดุเคลือบในแนวแกนเข้าไปในห้องเผาไหม้นั้นจะมีการถ่ายเทความร้อนที่มาก ในขณะที่การป้อนผงพ่นในแนวรัศมีในส่วนที่แตกต่างกันของหัวพ่นแบบ de-Laval ส่งผลให้การถ่ายเทความร้อนลดลงตามลำดับเนื่องจากแก๊สเผาไหม้ได้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่ตำแหน่งนี้และระยะเวลาโดยรวมของสันดาปกับอากาศร้อนจะลดลง

คุณสมบัติโดยทั่วไปของกระบวนการพ่นเคลือบแบบ HVOF

  • Flame Temperature: < 3,160 °C
  • Maximum Particle Velocity: 900 m/s
  • Maximum Deposition Rate: 20 kg/h
  • Fuels: H2, CH4, C2H2, C2H4, C3H6, C3H8, Liquid Fuel