等离子喷涂原理

等离子喷涂等离子喷涂是一种质料外表强化和外表改性的技能，可以使基体外表具有耐磨、耐蚀、耐低温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等功能。 等离子涂技能是接纳由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等质料加热到熔融或半熔融形态，并以高速喷向颠末预处置的工件外表而构成附着结实的外表层的办法。 等离子喷涂亦有效于医疗用处，在天然骨骼外表喷涂一层数十微米的涂层，作为强化天然骨骼及增强其亲和力的办法。
　　
 
等粒子喷涂技能是继火焰喷涂之后鼎力开展起来的一种新型多用处的精细喷涂办法，它具有：①超低温特征，便于举行高熔点质料的喷涂。②放射粒子的速率高，涂层致密，粘结强度高。③由于利用惰性气体作为事情气体，以是喷涂质料不易氧化。
　　等离子的构成（以n2为例）：
　　0°k时，n2分子的两个原子程哑铃形，仅在x，y，z偏向上平动；
　　大于10°k时，开端旋转活动；
　　大于10000°k时，原子间发生振动，分子与分子间碰撞，则分子会产生离解变为单原子：
　　n2+ud——&gtn+n 此中 ud为离解能
　　温度再降低，原子会产生电离: n+ui——&gtn++e 此中 ui为电离能
　　气体电离后，在空间不但有原子，另有正离子和自在电子，这种形态就叫等离子体。
　　等离子体可分为三大类：①低温高压等离子体，电离度100%，温度可达几亿度，用于核聚变的研讨；②高温高压等离子体，电离度不敷1%，温度仅为50～250度；③低温高压等离子体，约有1%以上的气体被电离，具有几万度的温度。离子、自在电子、未电离的原子的动能靠近于热均衡。凯发所使用的正是这类等离子体。
　　喷涂原理：
　　等粒子喷涂原理如图5－9所示。

　　等粒子喷涂是使用等离子弧举行的，离子弧是紧缩电弧，与自在电弧项比力，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因而具有温度高，能量会合，弧波动性好等特点。
　　按接电办法差别，等离子弧有三种情势：
　　①非转移弧：指在阴极和喷嘴之间所发生的等离子弧。这种状况正极接在喷嘴上，工件不带电，在阴极和喷嘴的内壁之间发生电弧，事情气体经过阴极和喷嘴之间的电弧而被加热，形成所有或局部电离，然后由喷嘴喷出构成等离子火焰(或叫等离子射流)。
　　等粒子喷涂接纳的便是这类等离子弧。
　　②转移弧：电弧分开喷枪转移到被加工零件上的等离子弧。这种状况喷嘴不接电源，工件接正极，电弧飞越喷枪的阴极和阳极（工件）之间，事情气体围绕着电弧送入，然后从喷嘴喷出。
　　等离子切割，等离子弧焊接，等离子弧冶炼利用的是这类等离子弧。
　　③团结弧:非转移弧引燃转移弧并加热金属粉末，转移弧加热工件使其外表发生熔池。这种状况喷嘴，工件均接在正极。
　　等离子喷焊接纳这种等离子弧。
　　举行等粒子喷涂时，起首在阴极和阳极（喷嘴）之间发生不停流电弧，该电弧把导入的事情气体加热电离成低温等离子体，并从喷嘴喷出，构成等离子焰，等离子焰的温度很高，此中心温度可达30000°k，喷嘴出口的温度可达
　　 15000～20000°k。焰流速率在喷嘴出口处
　　可达1000～2000m/s，但迅衰减。粉末由送
　　粉气送入火焰中被熔化，并由焰流减速失掉高于150m/s的速率，放射到基体质料上构成膜。
　　图5-10 等离子焰流温度散布

      等粒子喷涂设置装备摆设：等离子喷涂设置装备摆设次要包罗：
　　①喷枪：实践上是一个非转移弧等离子产生器，是最要害的部件，其上会合了整个体系的电，气，粉，水等。
　　②电源：用以供应喷枪直流电。通常为全波硅整流安装。
　　③送粉器：用来储存喷涂粉末并按工艺要求向喷枪保送粉末的安装。
　　④热互换器：次要用以使喷枪取得无效的冷却，到达使喷嘴延寿的目标。
　　⑤供气体系：包罗事情气和送粉气的供应体系。
　　⑥控制框：用于对水，电、气、粉的调治和控制。
　　等粒子喷涂工艺：
　　在等粒子喷涂历程中，影响涂层质量的工艺参数许多，次要有：
　　①等离子气体：气体的选择准绳次要依据是可用性和经济性，n2气廉价，且离子焰热焓高，传热快，利于粉末的加热和熔化，但关于易产生氮化反响的粉末或基体则不行接纳。ar气电离电位较低，等离子弧波动且易于引燃，弧焰较短，适于小件或薄件的喷涂，别的ar气另有很好的掩护作用，但ar气的热焓低，代价昂贵。
　　气体流量巨细间接影响等离子焰流的热焓和流速，从而影响喷涂服从，涂层气孔率和联合力等。流量过高，则气领会从等离子射流中带走有效的热，并使喷涂粒子的速率降低，增加了喷涂粒子在等离子火焰中的“滞留”工夫，招致粒子达不到变形所须要的半熔化或塑性形态，后果是涂层粘接强度、密度和硬度都较差，堆积速率也会明显低落；相反，则会使电弧电压值不得当，并大大低落放射粒子的速率。极度状况下，会惹起喷涂质料过热，形成喷涂质料过分熔化或汽化，惹起熔融的粉末粒子在喷嘴或粉末喷口收集，然后以较大球状堆积到涂层中，构成大的空穴。
　　②电弧的功率：
　　电弧功率太高，电弧温度降低，更多的气体将变化成为等离子体，在大功率、低事情气体流量的状况下，简直所有事情气体都变化为活性等粒子流，等粒子火焰温度也很高，这大概使一些喷涂质料气化并惹起涂层身分改动，喷涂质料的蒸汽在基体与涂层之间或涂层的叠层之间凝结惹起粘接不良。别的还大概使喷嘴和电极烧蚀。
　　而电弧功率太低，则失掉局部离子气体和温度较低的等离子火焰，又会惹起粒子加热不敷，涂层的粘结强度，硬度和堆积服从较低。
　　③供粉
　　供粉速率必需与输出功率相顺应，过大，会呈现生粉（未熔化），招致喷涂服从低落；过低，粉末氧化严峻，并形成基体过热。
　　送料地位也会影响涂层布局和喷涂服从，一样平常来说，粉末必需送至焰心才干使粉末取得最好的加热和最高的速率。
　　④喷涂间隔和喷涂角
　　喷枪到工件的间隔影响喷涂粒子和基体撞击时的速率和温度，涂层的特性和喷涂质料对喷涂间隔很敏感。
　　喷涂间隔过大，粉粒的温度和速率均将降落，联合力、气孔、喷涂服从都市分明降落；过小，会使基体温升过高，基体和涂层氧化，影响涂层的联合。在机体温升容许的状况下，喷距得当小些为好。
　　喷涂角：指的是焰流轴线与被喷涂工件外表之间的角度。该角小于45度时，由于“暗影效应”的影响，涂层布局会好转构成空穴，招致涂层松散。
　　⑤喷枪与工件的绝对活动速率
　　喷枪的挪动速率应包管涂层平展，不出线喷涂脊背的陈迹。也便是说，每个行程的宽度之间应充实搭叠，在满意上述要求条件下，喷涂操纵时，一样平常接纳较高的喷枪挪动速率，如许可避免发生部分热门和外表氧化。
　　⑥基体温度控制
　　较抱负的喷涂工件是在喷涂前把工件预热到喷涂历程要到达的温度，然后在喷涂历程中对工件接纳喷气冷却的步伐，使其坚持原来的温度。
　　近几年来，在等离子喷涂的底子上又开展了几种新的等离子喷涂技能，如：
　　3.真空等离子喷涂（又叫高压等离子喷涂）
　　真空等离子喷涂是在氛围可控的，4～40kpa的密封室内举行喷涂的技能。
　　由于事情气体等离子化后，是在高压氛围中边收缩体积边喷出的，以是喷流速率是超音速的，并且十分合适于对氧化高度敏感的质料。
　　4.水稳等离子喷涂
　　后面说的等离子喷涂的事情介质都是气体，而这种办法的事情介质不是气而是水，它是一种高功率或高速等离子喷涂的办法，其事情原理是：
　　喷枪内通入高压水流，并在枪筒内壁构成涡流，这时，在枪体后部的阴极和枪体前部的旋转阳极间发生直流电弧，使枪筒内壁外表的一局部蒸发、剖析，酿成等离子态，发生一连的等离子弧。由于旋转涡流水的聚束作用，其能量密度进步，熄灭波动，因而，可喷涂高熔点质料，分外是氧化物陶瓷，喷涂服从十分高