質量流量控制器在熱噴涂設備上的主要實際應用

質量流量控制器（Mass Flow Controller, MFC）在熱噴涂設備中扮演著至關重要的角色，是實現高質量、可重復涂層工藝的核心組件之一。其核心價值在于對參與熱噴涂過程的各種氣體進行精確、穩定和可重復的流量控制。

質量流量控制器在熱噴涂設備上的主要實際應用：

精確控制工藝氣體流量：

等離子噴涂 (APS, VPS, LPPS):

工作氣體 (等離子氣): 如氬氣、氮氣、氫氣或氦氣及其混合氣。MFC精確控制這些氣體的流量，直接影響等離子弧的溫度、焓值、速度、穩定性和等離子射流的特性（長度、直徑）。這對粉末的熔化狀態、飛行速度以及最終涂層的質量（孔隙率、結合強度、氧化物含量）至關重要。不同氣體比例需要精確控制。

送粉氣體 (載體氣): 將粉末送入等離子射流的載氣（通常為氬氣或氮氣）。MFC控制送粉氣的流量，確保粉末以穩定、均勻的速率和理想的軌跡注入等離子焰流中心。流量不穩定會導致送粉率波動，造成涂層厚度不均、未熔顆粒增多或夾雜物。

輔助氣體: 有時用于調節射流特性或保護噴嘴的氣體。

燃燒火焰噴涂 (線材/粉末火焰噴涂):

氧氣和燃氣 (乙炔、丙烷、氫氣等): MFC精確控制氧氣和燃氣的流量及其比例。這直接決定了火焰的溫度、燃燒速度（火焰速度）和化學性質（氧化性/還原性）。精確的比例控制對于獲得穩定、高效的燃燒火焰，以及確保噴涂材料（線材或粉末）充分熔化至關重要。流量波動會影響涂層結合強度和孔隙率。

電弧噴涂:

霧化/加速氣體: 通常是壓縮空氣，有時也用氮氣。MFC控制該氣體的流量，用于霧化熔化的線材頭部形成的熔滴并將其加速噴射到基體上。流量大小影響熔滴尺寸、飛行速度和涂層顆粒的扁平化程度，從而影響涂層密度、結合強度和表面粗糙度。

高速氧燃料噴涂 (HVOF, HVAF):

氧氣和燃氣 (煤油、丙烷、氫氣、丙烯等): MFC精確控制氧氣和燃氣的流量及比例，是形成穩定、高速、高溫燃燒射流的關鍵。高氣流速度和精確的化學計量比是實現涂層高密度、低氧化物含量和優異結合強度的基礎。流量波動會顯著影響射流速度和溫度。

送粉氣體: 與等離子噴涂類似，需要穩定可控的載氣流量將粉末送入燃燒室或射流中。

冷噴涂:

主氣 (工作氣): 通常是氦氣、氮氣或其混合氣（有時預熱）。MFC精確控制高壓主氣的流量（通常在高壓下工作，需選用高壓MFC），該流量直接影響氣體在拉瓦爾噴嘴出口處的速度和溫度。氣體速度必須超過材料的臨界速度才能實現沉積。

送粉氣體: 穩定地將粉末送入主氣流中。流量控制對粉末在氣流中的分布和濃度均勻性很重要。

加熱氣體 (可選): 用于預熱氣體的流量控制。

確保工藝穩定性與可重復性：

層流壓差式MFC提供的高精度（通常滿量程精度優于±1%）和優秀的重復性（優于±0.2%）是保證不同批次、不同時間、不同操作人員操作下涂層質量一致性的關鍵。它消除了傳統機械流量計和熱式MFC因壓力、溫度變化或人為讀數誤差帶來的波動。

層流壓差式MFC具備溫壓補償功能，能根據實際氣體溫度和壓力自動校正，確保顯示和控制的是標準狀態下的真實質量流量，不受環境或管路條件變化的影響。

實現自動化與過程控制：

MFC接收來自設備PLC或控制系統的標準信號（如0-5V, 0-10V, 4-20mA），并能實時反饋實際流量信號。這使得熱噴涂過程可以實現全自動控制。

工藝參數（各種氣體流量）可以預先設定在配方中，并在噴涂過程中精確執行，減少人為干預和錯誤。

流量數據可以被記錄和監控，用于過程追溯、質量分析和工藝優化。

優化涂層質量：

通過精確控制影響熱源（等離子弧、燃燒火焰）和粒子加速的關鍵氣體，MFC直接影響噴涂粒子的熱狀態（熔化程度）和動力學狀態（飛行速度）。這兩個因素是決定涂層微觀結構（孔隙率、氧化物含量、未熔顆粒）、結合強度、殘余應力和表面形貌的最關鍵因素。

例如，在HVOF中精確控制氧燃比和總流量，是獲得超低氧化物含量、高致密涂層的必要條件；在等離子噴涂中精確控制氬/氫比例，能有效調控等離子弧的熱焓和速度。

提高安全性與可控性：

對于易燃易爆氣體（如氫氣、乙炔、丙烷），MFC的高精度和快速響應能力有助于更安全地控制其流量，防止流量過大導致危險。

可設置流量報警閾值，在流量異常（如管路堵塞、泄漏）時及時報警或觸發安全連鎖。

總結：

質量流量控制器是熱噴涂設備中的“氣體流量管家"。它通過精確、穩定、可重復地控制各種工藝氣體（工作氣、送粉氣、燃氣、氧氣、霧化氣等）的質量流量，直接決定了熱噴涂過程的核心熱源特性（溫度、速度、穩定性）和粒子加速狀態，最終對涂層的質量、一致性、生產效率及工藝安全性產生決定性影響。在現代自動化、追求高質量和高效率的熱噴涂生產中，MFC的應用已成為標準配置和關鍵工藝控制點。