等離子噴涂的工藝參數(shù)

1、電弧等離子

工作氣體成分：典型氣體為Ar或者Ar+H2, Ar+He及Ar+N2混合氣體，有時(shí)候用N2，及N2+H2混合氣體，通常氣體流量大約是40~50L/min，但是有些設(shè)備可達(dá)到80L/min。高能?chē)姌屔踔量墒箽怏w流量達(dá)到500L/min(Jungklaus等，1996）。一些設(shè)備制造商推薦三種氣體的成分，比如，Ar+He+H2或者Ar+He+N2。在等離子射流中，每種氣體都有它自己的作用（Janisson等，1999）:

Ar穩(wěn)定噴嘴中的電弧：He，N2或者H2具有高的熱導(dǎo)率，增強(qiáng)了對(duì)顆粒的傳熱效果。

三元混合氣體已經(jīng)可以從市場(chǎng)購(gòu)得，比如Spral 22TM,Air  Liquide。在水穩(wěn)等離子噴槍中，水蒸氣形成了等離子氣體，水消耗量約為5L/h  WSP 500 ,1997。也可以使用活性等離子形成氣體，如碳?xì)浠衔锘蛘叨趸肌５且挟a(chǎn)生這樣一種活性等離子的噴槍?zhuān)仨毷褂檬珵殛帢O（Fridlyand,1995)..電弧電流為幾百安，電壓則取決于兩個(gè)主要的參數(shù)：

陰極和陽(yáng)極的距離，距離越長(zhǎng)，電壓越高；

輔氣的種類(lèi)（雙原子氣體，比如氫氣，可提高電壓）。

等離子噴槍通常工作電壓為30~70V，有代表性的如Sulzer Metco的F4噴槍或者PraxairST公司的SG100噴槍。這些噴槍產(chǎn)生等離子溫度大約在14000K，射流出口處的速度可達(dá)到800m/s，據(jù)報(bào)道水冷等離子噴槍溫度可達(dá)到28000K，而高能等離子弧噴涂系統(tǒng)的速度可達(dá)到2900m/s（Plazjet,1995).工作氣體主要影響噴涂顆粒的熔化程度，當(dāng)采用分子氣體時(shí)后者更易熔化，這是因?yàn)榉肿託怏w（如水蒸氣（水冷等離子噴槍?zhuān)┖蜌錃猓ǔＲ?guī)的等離子噴槍?zhuān)┍葐卧託怏w的熱導(dǎo)率更高。另外一方面，單原子氣體可以達(dá)到高的速度，這是為什么單原子氣體與分子氣體混合氣通常被使用，以便于較好的熔化顆粒并且具有高的噴涂速度。單原子氣體He由于具有高的熱導(dǎo)率，并且形成很窄的噴涂射流，所以也被用于輔氣（Ingham和Fabel,1975)。

電源功率，常規(guī)的稿子噴槍可達(dá)到80kw，但是水冷噴槍可達(dá)到200kw（WSP 500，1997），高能等離子噴槍甚至可達(dá)到250kw（Plazjet，1995）。

電極形狀，對(duì)于不同的工作氣體，陰極頭具有不同的形狀。陽(yáng)極的尺寸影響了等離子流的形態(tài)、溫度及其速度 。比如，有報(bào)道采用收斂-發(fā)散的陽(yáng)極噴嘴減小了電弧的波動(dòng)（Schwenk等，2003）。電弧在一個(gè)或者很多位置與陰極和陽(yáng)極接觸（弧根）會(huì)產(chǎn)生損耗和磨損（Fisher,1972).在一些場(chǎng)合中，比如網(wǎng)紋輥上，有必要監(jiān)控，這種破壞以減少由陰極或陽(yáng)極向涂層過(guò)渡的金屬。造成電極磨損是由于電弧中的熱流密度很高（10 8W/m2)（Fridlyand，1995）。

等離子射流的穩(wěn)定化通常過(guò)使用工作氣體的鞘層或者渦漩實(shí)現(xiàn)。水穩(wěn)等離子噴槍也已經(jīng)有商業(yè)化的產(chǎn)品。（WSP500,1997)

科普知識(shí)：等離子噴涂的工藝參數(shù)

2、粉末     

顆粒尺寸通常在20~90υm范圍

粉末類(lèi)型:最常用的是氧化物陶瓷。

3、粉末注入

注入方向：

徑向送粉，這是常規(guī)等離子弧噴涂送粉方向，可以安置在陰極-陽(yáng)極外（見(jiàn)圖3-5和3-6及Sulzer-Metco的F4噴槍?zhuān)蛘咴诶锩姊纾ㄈ鏟raxairST公司的SG100噴槍?zhuān)?/p>

軸向送粉，將后面討論，三陰極噴槍?zhuān)鏏xial ⅢTM。

注入角度，通常是90度，盡管有時(shí)候也用向后60度或者向前60度。

送粉口，通常只有一個(gè)，盡管有時(shí)候使用兩個(gè)或者三個(gè)，多個(gè)送粉口可以用來(lái)噴涂復(fù)合涂層。

送分器，通常是旋轉(zhuǎn)刮板型。

送粉速率，通常在50~100g/min,但是在HPPS中可達(dá)到200/min.有報(bào)道水穩(wěn)等離子噴槍?zhuān)╓SP 500，1997）達(dá)到1650g/min.

載氣量，在3~10L/min之間。

4、主要的工藝參數(shù)

噴涂距離：60~130mm.

噴涂氣氛是普通大氣。

噴槍相對(duì)基材的掃描速度，在50~2000mm/s之間。

基材溫度，當(dāng)在金屬基體上噴涂陶瓷時(shí)，由于會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，基材溫度是一個(gè)重要的參數(shù)（如圖3-6中的壓縮空氣冷卻噴嘴）。在這種情況下，基材溫度需要保持在373~473K之間。

后處理，通常用來(lái)提高涂層密度及其他性能，特別值得一提的有：爐內(nèi)處理；激光處理；有機(jī)或者無(wú)機(jī)封孔劑封孔；放電等離子處理。

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