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昆山国华电子等离子喷涂工艺发展前景

发布时间:2019-09-26 点击次数:454

昆山国华电子等离子喷涂工艺发展前景

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术,可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。 等离子喷涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源,将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态,并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。 等离子喷涂亦有用于医疗用途,在人造骨骼表面喷涂一层数十微米的涂层,作为强化人造骨骼及加强其亲和力的方法。

等离子的形成:


(以N2为例):

0°k时,N2分子的两个原子呈哑铃形,仅在x,y,z方向上平动;

大于10°k时,开始旋转运动;

大于10000°k时,原子间产生振动,分子与分子间碰撞,则分子会发生离解变为单原子:

N2+Ud-->N+N 其中 Ud为离解能

温度再升高,原子会发生电离: N+Ui-->N++e 其中 Ui为电离能

气体电离后,在空间不仅有原子,还有正离子和自由电子,这种状态就叫等离子体。

等离子体可分为三大类:①高温高压等离子体,电离度100%,温度可达几亿度,用于核聚变的研究;②低温低压等离子体,电离度不足1%,温度仅为50~250度;③高温低压等离子体,约有1%以上的气体被电离,具有几万度的温度。离子、自由电子、未电离的原子的动能接近于热平衡。热喷涂所利用的正是这类等离子体。

等离子喷涂优点:

①相比较氧一乙炔火焰喷涂,等离子焰流温度高,能量束很集中,可以熔化所有一切高硬度、高熔点的粉末,因此可作喷涂用材料范围广泛,可以用来制备多种多样化的涂层。



②由于喷涂粒子的飞行速度可高达200-500 m/s,所以得到的涂层平整光滑、致密度高,而且粉末沉积率很高。

③喷涂过程中基体不带电、不熔化,基体与喷枪相对移动速度快,使得基体组织不发生变化。不会因为受热而对基体的形状和性能造成影响。

④工作气体为惰性气体,保护了基体和粉末不会受到氧化,涂层内杂质少。

⑤操作简单,设备维护成本低,调节性能好。

发展前景:

新兴等离子喷涂技术

近几年来,在等离子喷涂的基础上又发展了几种新的等离子喷涂技术,如:

1.真空等离子喷涂(又叫低压等离子喷涂)

真空等离子喷涂是在气氛可控的,4~40Kpa的密封室内进行喷涂的技术。

因为工作气体等离子化后,是在低压气氛中边膨胀体积边喷出的,所以喷流速度是超音速的,而且非常适合于对氧化高度敏感的材料。

2.水稳等离子喷涂

前面说的等离子喷涂的工作介质都是气体,而这种方法的工作介质不是气而是水,它是一种高功率或高速等离子喷涂的方法,其工作原理是:

喷枪内通入高压水流,并在枪筒内壁形成涡流,这时,在枪体后部的阴极和枪体前部的旋转阳极间产生直流电弧,使枪筒内壁表面的一部分蒸发、分解,变成等离子态,产生连续的等离子弧。由于旋转涡流水的聚束作用,其能量密度提高,燃烧稳定,因此,可喷涂高熔点材料,特别是氧化物陶瓷,喷涂效率非常高

3.气稳等离子喷涂

气稳等离子喷涂的原理是由等离子喷枪(等离子弧发生器)产生等离子射流(电弧焰流)。喷枪的电极(阴极)和喷嘴(阳极)分别接整流电源的正、负极,向喷枪供给工作气体(Ar、N2等),通过高频火花引燃电弧。电弧将气体加热到很高的温度,使气体电离,在热收缩效应、自磁收缩效应和机械效应的作用下,电弧被压缩,产生非转移性等离子弧。高温等离子气体从喷嘴喷出后,体积迅速膨胀,形成高温高速等离子射流。送分气流推动粉末进入等离子射流后,被迅速加热到熔融或半熔融状态,并将等离子射流加速,形成飞翔基材的喷涂离子束,陆续撞击到经预处理的基材表面,形成涂层。大气等离子喷涂用氩气、氮气、氢气作为等离子气。


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