等离子喷涂技术

点击数：2520发布时间：2021-11-03 00:00:00　

等离子喷涂技术

热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末、丝材或棒材)送入热源(电弧、火焰、等离子弧等)中加热至熔融或半熔融状态，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成覆盖层的工艺[1]。一般按热源类型可分为电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂等[2]。热喷涂技术操作简便、灵活、高效，可用于热喷涂的涂层材料种类多，有金属、合金、陶瓷、金属陶瓷、塑料等，材料形状可以是粉末、丝材或棒材中的任意一种[3]。近年来，热喷涂技术有了非常大的发展，制备的涂层质量有了质的飞跃，使得热喷涂涂层的应用更为广泛，在航空航天、冶金、汽车、石油化工、半导体、建材等行业都得到了广泛的应用[4]。目前全世界热喷涂市场规模在52亿美元以上，同时大约以5% ~ 10%的速度增长

等离子喷涂技术出现于60多年前，经过不断的改进和发展，现在已经非常成熟，喷涂的各种金属涂层、陶瓷涂层和封严涂层等广泛应用于航空航天、印刷、钢铁、汽车、纺织等领域。近年来，等离子喷涂设备发展也很快，电源从可控硅电源发展成以逆变电源为主，气体流量控制也从浮子流量计控制变为更精确的质量流量计控制。 目前等离子喷涂常用的喷枪主要有Sulzer Metco公司的7M、9MB和F4(原理图如图1所示[6])以及Praxair公司的SG100，最大工作功率在40 ~ 80 kW，主要存在以下3个方面的问题[7]： (1) 等离子参数漂移。即在喷枪使用过程中，同样的气体流量参数情况下，等离子电流和电压随使用时间变化，实际工作功率不断下降，导致涂层质量不一致，沉积效率降低。 (2) 操作窗口窄。最大可靠工作功率在40 ~ 80 kW，工艺参数调整范围窄，限制了等离子体温度和速度的调整。 (3) 等离子喷枪部件的阴极和阳极寿命短。由于等离子弧的不稳定(沿径向和轴向运动)和非常高的等离子电流，导致阴极和阳极寿命不高(一般小于50 h)，而且阴极和阳极蒸发出来的Cu或W容易污染涂层。  1  F4 Figure 1  Schematic principle diagram of F4 plasma spray gun 近年等离子喷枪主要发展方向之一是降低等离子电流，提高等离子电压，同时设法稳定等离子弧的运动，从而降低阴极表面温度，延长阴极和阳极的使用寿命。