等離子噴涂

定義：一種材料表面強(qiáng)化和表面改性的技術(shù)；
功能：使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能；
原理：采用由直流電驅(qū)動(dòng)的等離子電弧作為熱源，將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并以高速噴向經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法；
應(yīng)用：亦有用于醫(yī)療用途，在人造骨骼表面噴涂一層數(shù)十微米的涂層，作為強(qiáng)化人造骨骼及加強(qiáng)其親和力的方法。
特點(diǎn)：是繼火焰噴涂之后大力發(fā)展起來(lái)的一種新型多用途的精密噴涂方法，它具有：

（1）超高溫特性，便于進(jìn)行高熔點(diǎn)材料的噴涂；

（2）噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結(jié)強(qiáng)度高；

（3）由于使用惰性氣體作為工作氣體，所以噴涂材料不易氧化。

相關(guān)資料：等離子噴涂

等離子噴涂設(shè)備主要包括：

（1）噴槍：一個(gè)非轉(zhuǎn)移弧等離子發(fā)生器，是最關(guān)鍵的部件，其上集中了整個(gè)系統(tǒng)的電，氣，粉，水等；

（2）電源：用以供給噴槍直流電。通常為全波硅整流裝置；

（3）送粉器：用來(lái)貯藏噴涂粉末并按工藝要求向噴槍輸送粉末的裝置；

（4）熱交換器：主要用以使噴槍獲得有效的冷卻，達(dá)到使噴嘴延壽的目的；

（5）供氣系統(tǒng)：包括工作氣和送粉氣的供給系統(tǒng)；

（6）控制柜：用于對(duì)水、電、氣、粉的調(diào)節(jié)和控制。

等離子體可分為三大類：

（1）高溫高壓等離子體：電離度100%，溫度可達(dá)幾億度，用于核聚變的研究；

（2）低溫低壓等離子體：電離度不足1%，溫度僅為50~250度；

（3）高溫高壓等離子體：約有1%以上的氣體被電離，具有幾萬(wàn)度的溫度。離子、自由電子、未電離的原子的動(dòng)能接近與熱平衡。（熱噴涂所利用的正是這類等離子體）

噴涂原理：

等離子噴涂是利用等離子弧進(jìn)行的，離子弧是壓縮電弧，與自由電弧相比較，其弧柱細(xì)，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩(wěn)定性能好等特點(diǎn)。

 按接電方法不同，等離子弧有三種形式：

（1）非轉(zhuǎn)移弧：指在陰極和噴嘴之間所產(chǎn)生的等離子弧。這種情況正極接在噴嘴上，工件不帶電，在陰極和噴嘴的內(nèi)壁之間產(chǎn)生電弧，工作氣體通過(guò)陰極和噴嘴之間的電弧而被加熱，造成全部或部分電離，然后有噴嘴噴出形成等離子火焰（或叫等離子射流）——等離子噴涂采用的就是這類等離子弧；

（2）轉(zhuǎn)移弧：電弧離開(kāi)噴槍轉(zhuǎn)移到被加工零件上的等離子弧。

（3）聯(lián)合弧：非轉(zhuǎn)移弧引燃轉(zhuǎn)移弧并加熱金屬粉末，轉(zhuǎn)移弧加熱工件使其表面產(chǎn)生熔池。這種情況噴嘴，工件均接在正極。

工藝流程：

（1）等離子氣體：

氣體的選擇原則主要根據(jù)是可用性和經(jīng)濟(jì)性，N2便宜，且離子焰熱焓高，傳熱快，利用粉末的加熱和融化，但對(duì)于易發(fā)生氮化反應(yīng)的粉末或基體則不可采用。Ar氣電離電位較低，等離子弧穩(wěn)定且易于引燃，弧較短，適于小件或薄件的噴涂，此外Ar氣還有很好的保護(hù)作用，但Ar氣的熱焓低，價(jià)格昂貴。
氣體流量大小直接影響等離子焰流的熱焓和流速，從而影響噴涂效率，涂層氣孔率和結(jié)合力等。
　　流量過(guò)高，則氣體會(huì)從等離子射流種帶走有用的熱，并使噴涂離子的速度升高，減少了噴涂粒子在等離子火焰中的“滯留”時(shí)間，導(dǎo)致粒子達(dá)不到變形所必要的半熔化或塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)使涂層粘結(jié)強(qiáng)度、密度和硬度都較差，沉積速率也會(huì)顯著降低；
　　流量過(guò)低，則會(huì)使電弧電壓值不適當(dāng)，并大大降低噴射粒子的速度。極端情況下，會(huì)引起噴涂材料過(guò)熱，造成噴涂材料過(guò)度溶化或氣化，引起熔融的粉末粒子在噴嘴或粉末噴口聚集，然后以較大球狀沉積到涂層中，形成大的空穴。

（2）電弧的功率

電弧功率太高：電弧溫度升高，更多的氣體將轉(zhuǎn)變成為等離子體，在大功率、低工作氣體流量的情況下，幾乎全部工作氣體都轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘攘Ｗ恿鳎入x子火焰溫度也很高，這可能使一些噴涂材料氣化并引起涂層成分改變，噴涂材料的蒸汽在基體與涂層之間或涂層的疊層之間凝聚引起粘接不良。此外，還可能使噴嘴和電極燒蝕。
電弧功率太低：得到部分離子氣體和溫度較低的等離子火焰，又會(huì)引起粒子加熱不足，涂層的粘結(jié)強(qiáng)度，硬度和沉積效率較低。

（3）供粉

供粉速度必須與輸入功率相適應(yīng)：
過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)生粉（未熔化），導(dǎo)致噴涂效率降低；
過(guò)低，粉末氧化嚴(yán)重，并造成基體過(guò)熱。
送粉位置也會(huì)影響涂層結(jié)構(gòu)和噴涂效率，一般來(lái)說(shuō)，粉末必須送至焰心才能使粉末獲得最好的加熱和最高的速度。    

（4）噴涂距離和噴涂角

噴槍到工件的距離影響噴涂粒子和基體撞擊時(shí)的速度和溫度，涂層的特征和涂料材料對(duì)噴涂距離很敏感。
噴涂距離過(guò)大，粉粒的溫度和速度均將下降，結(jié)合力、氣孔、噴涂效率都會(huì)明顯下降；
噴涂距離過(guò)小，會(huì)使基體溫升過(guò)高，基體和涂層氧化，影響涂層的結(jié)合。在機(jī)體溫升允許的情況下，噴距適當(dāng)小些為好。
噴涂角：指的是焰流軸線與被噴涂工件表面之間的角度。
該角度小于45度時(shí)，由于“陰影效應(yīng)”的影響，涂層結(jié)構(gòu)會(huì)惡化形成空穴，導(dǎo)致涂層疏松。

（5）噴槍與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度

噴槍的移動(dòng)速度應(yīng)保證涂層平坦，不出現(xiàn)噴涂脊背的痕跡。=》每個(gè)行程的寬度之間應(yīng)充分搭疊；
在滿足上述要求前提下，噴涂操作時(shí)，一般采用較高的噴槍移動(dòng)速度，這樣可防止產(chǎn)生局部熱點(diǎn)和表面氧化。

（6）基體溫度控制

較理想的噴涂工件是在噴涂前把工件預(yù)熱到噴涂過(guò)程要達(dá)到的溫度，
然后在噴涂過(guò)程中對(duì)工件采用噴氣冷卻的措施，使其保持原來(lái)的溫度。

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