1等离子体 喷涂基础
实验1-等离子喷涂
➢ （3）多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结合的致 密涂层。有尺寸精度要求的，要对涂层进行机械加工。由于喷涂涂层 具有与一般的金属及陶瓷材料不同的特点，如涂层有微孔，不利于散 热；涂层本身的强度较低，不能承受很大的切削力；涂层中有很多硬 的质点，对刀具的磨损很快等，因而形成了喷涂涂层不同于一般材料 的难于加工的特点。所以必须选用合理的加工方法和相应的工艺参数 才能保证喷涂层机械加工的顺利进行和保证达到所要求的尺寸精度。
（3）等离子喷涂时，劳动保护要求高，因为在等 离子喷涂过程会产生剧烈噪声、强光辐射、有害 气体（臭氧、氮氧化物等）、金属蒸汽粉尘等。
➢喷涂前期工作
准备工件
工件表面净化
粗化表面
工件的喷涂
工件预热
喷砂处理
喷涂底层
喷涂工作层
涂层后处理
作业名称 脱脂去污 除锈
清洗主要方法
溶剂清洗
碱洗 酒精或油洗 机械方法 酸洗
安全使用。②对生物体和细胞有良好的适应性和亲和性，不会产生副作用
。③耐人体体液腐蚀。④耐长期使用过程中的磨损。⑤具有人体运动所必
须的强度、韧性等力学性能。⑥喷涂层的多孔，性和粗糙表面，有利于生
物体组织向人工骨骼表而的生长和亲和。
化纤纺织滚筒等离子 喷涂Al2O3+TiO2 陶瓷
滚轴等离子喷涂Cr2O3陶瓷
基本参数 3相AC380V、50Hz 80KW 60V 0～800A 30-85V 恒流源 <1% 80%
➢ 喷枪
➢ 送粉器
项目内容 送粉方式 单筒容积
影响等离子喷涂的因素分析
影响等离子喷涂的因素分析作者：张益强范文超闫新亮来源：《中国军转民》 2013年第2期张益强范文超闫新亮引入高新技术是高新工程实现实际效果所不可或缺的途径，热喷涂技术便是这样一种高新技术，它利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法，形成一个特殊的工作表面，使其达到：防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能。
根据热源的不同，热喷涂可以分为等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂等。
本文详细介绍了等离子喷涂的概念、特点、影响因素。
一、等离子喷涂的概念等离子体是物质的第四种形态，自然界的物质除了固、液、气三种形态外，还存在第四种形态，既等离子体。
在物理学中把电离度大于0.1% 的气体称为等离子体。
等离子焰流的最大特点就是具有非常高的温度和能量密度。
等离子焰流的中心温度最高达32000K，喷嘴出口处中心温度仍达20000K。
等离子喷涂是以等离子体作为热源将涂层材料熔化制备涂层的工艺。
等离子喷涂过程主要是将熔融态或是经加热软化的材料喷射到零件表面以形成涂层的过程。
喷涂材料以粉末的形式被注入高温等离子体焰流中，并被迅速加热提速。
等离子喷涂过程中，粒子的速度可为亚音速，甚至超音速。
喷涂材料被加热熔融并不断高速喷射到基体表面堆叠，迅速冷却后形成涂层。
由于等离子喷涂中的高速等离子气体及喷涂粒子，整个加热，熔化及凝固过程在几千分之一秒就可以完成。
在喷涂过程中基体受热温度低，不会超过150oC，从而不会使基体性能发生变化，并且工件变形小，因此等离子喷涂也被称为“冷工艺”。
二、等离子喷涂的特点1. 基体受热小、零件不变形，不改变热处理状态。
由于喷涂时零件不带电，基体金属不熔化，所以尽管等离子焰流的温度较高，但能量非常集中，等离子弧的轴向温度梯度很大，一般零件温升不超过200oC，零件不会发生变形，这对于修复薄壁件、细长杆以及一些精密零件十分有利。
等离子喷涂
等离子喷涂：包括大气等离子喷涂，保护气氛等离子喷涂，真空等离子喷涂和水稳等离子喷涂。
等粒子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，它具有：①超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。
②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。
③由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。
<1>等离子的形成（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。
<2>喷涂原理：等粒子喷涂原理如图5－9所示。
等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧项比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。
按接电方法不同，等离子弧有三种形式：①非转移弧：指在阴极和喷嘴之间所产生的等离子弧。
这种情况正极接在喷嘴上，工件不带电，在阴极和喷嘴的内壁之间产生电弧，工作气体通过阴极和喷嘴之间的电弧而被加热，造成全部或部分电离，然后由喷嘴喷出形成等离子火焰(或叫等离子射流)。
等粒子喷涂采用的就是这类等离子弧。
②转移弧：电弧离开喷枪转移到被加工零件上的等离子弧。
这种情况喷嘴不接电源，工件接正极，电弧飞越喷枪的阴极和阳极（工件）之间，工作气体围绕着电弧送入，然后从喷嘴喷出。
等离子喷涂 参数
等离子喷涂参数等离子喷涂是一种先进的表面涂层技术，适用于金属、陶瓷等材料的表面处理和改性。
该技术通过将细粉末通过等离子处理，将其加热熔化后喷涂在工件表面，形成坚固而耐磨的涂层，提高了工件的耐腐蚀、耐磨和高温性能，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源等领域。
一、等离子喷涂的工艺原理等离子喷涂的工艺原理主要分为等离子产生、粉末输送和喷涂成形三个步骤。
1. 等离子产生等离子喷涂技术是利用等离子体的高能量来使粉末加热融化，并将其喷涂在工件表面。
在喷涂过程中，通过电弧或等离子火花产生高温等离子体，通过等离子体将粉末熔化并喷涂到工件表面。
2. 粉末输送将预先制备好的涂料粉末输送至等离子火花中，利用等离子产生的高温将粉末加热融化，并喷涂到工件表面。
粉末的输送方式对喷涂质量和效率有重要影响。
3. 喷涂成形在粉末融化后，通过气体喷射将粉末喷涂到工件表面形成涂层。
喷涂成形过程需要控制喷涂距离、喷涂速度和喷涂角度等参数，以保证涂层质量和均匀性。
二、等离子喷涂的参数及优化等离子喷涂的参数设置对于涂层的形成和性能起着至关重要的作用。
以下是等离子喷涂中常见的参数及其优化方法。
1. 气体流量气体流量是指喷涂时喷枪喷出的惰性气体（通常是氮气或氩气）的流量，气体流量的大小会影响涂层的密实度和均匀性。
要保证气体流量的稳定，并根据工件材料和形状进行调整，以获得最佳的喷涂效果。
2. 电弧电流和电压电弧电流和电压是产生等离子体的重要参数，它们会影响等离子体的能量和温度，进而影响粉末的熔化和喷涂效果。
合理设置电弧电流和电压能够得到均匀、致密的涂层。
3. 粉末流量粉末流量是指粉末喷涂速度和均匀性，粉末流量的大小会影响涂层的厚度和均匀性。
需要根据工件的具体要求和形状进行合理的调整，以获得符合要求的涂层。
4. 喷涂距离和喷涂速度喷涂距离和喷涂速度是影响喷涂均匀性和涂层成形的重要参数。
合理设定喷涂距离和喷涂速度，能够保证涂层厚度的均匀性和致密性。
等离子喷涂原理与应用详解 共40页
1946年朗道证明当朗缪尔波传播时，共振电子会吸收波的能量造成波衰减，这称为朗道阻 尼。朗道的这个理论，开创了等离子体中波和粒子相互作用和微观不稳定性这些新的研究 领域。
等离子喷涂的发发展史
19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放 电现象，这实际上是等离子体实验研究的起步时期。
1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。
美国的I.朗缪尔在1928年首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。
2）条件不同 等离子喷涂可以直接在大气环境下 气相沉积必须在高真空下进行
等离子喷涂与其它表面改性技术的区别
3）涂层组织结构与厚度不同 等离子喷涂涂层的组织为层状堆积，涂层存在大量粒子间界面和气孔等
缺陷。 气相沉积涂层是致密的几微米厚的薄膜材料
4）性能上的不同 等离子喷涂在某种程度上提高了涂层的性能， 气相沉积大大提高了材料的性能
等离子喷涂时，喷涂后基体组织不发生变化，工件几乎不产生变形。 4）效率高
等离子喷涂时，生产效率高，采用高能等离子喷涂时，粉末的沉积速率 达8Kg/h。
等离子喷涂与其它表面改性技术的区别
1. 与火焰喷涂的区别 等粒子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种精密喷涂方法。
它具有：①超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。②喷射粒子的速度高， 涂层致密，粘结强度高。③由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料 不易氧化。
从20世纪30年代起，磁流体力学及等离子体动力论逐步形成。等离子体的速度分布函 数服从福克－普朗克方程。
钛合金材料的等离子喷涂工艺研究
钛合金材料的等离子喷涂工艺研究钛合金是一种优良的材料，因其具有低密度、高强度、耐腐蚀、良好的高温性能和生物相容性等优点而被广泛应用于航空航天、生物医学、化工和汽车等领域。
然而，钛合金表面的耐磨损、耐腐蚀和抗氧化性能等方面仍存在问题，为了解决这些问题，使用等离子喷涂工艺对钛合金进行表面处理，已成为一种有效的方法。
一、等离子喷涂工艺的基础原理等离子喷涂工艺是一种非常有效的表面处理方法，它的基础原理是利用高温、高压气体，将金属或金属化合物材料，通过等离子体反应喷涂到基体表面上，形成一层有机化合物。
等离子喷涂工艺主要有两种方法，一种是直接喷涂法，另一种是离子束喷涂法。
直接喷涂法主要是使用高温、高压气体将金属粉末喷涂到基体表面上，然后用火焰热源进行热处理，使其形成一层金属涂层。
离子束喷涂法则是利用离子束高能量作用在金属或合金纳米粒子表面，在离子束轰击下形成的等离子体反应，将金属和非金属元素以一定的比例合成成一层硬质涂层。
二、钛合金等离子喷涂工艺的应用钛合金是一种重要的结构材料，在高温和腐蚀条件下，其材料表面往往会出现一些问题，比如磨损、腐蚀等。
为了增加钛合金的抗磨损、抗腐蚀和抗氧化性能，利用等离子喷涂工艺进行表面处理是一种非常有效的方法。
例如，在飞机发动机的涡轮叶片表面进行等离子喷涂处理，可提高其表面抗氧化性能和耐高温性能。
钛合金的生物相容性也被广泛应用于医疗领域，等离子喷涂工艺可以改善其生物相容性，提高其生体组织接受程度。
除此之外，钛合金的应用也涉及到汽车、航空、化工等领域。
等离子喷涂工艺可在汽车发动机缸体上形成一层热障涂层，可提高其表面抗氧化性能和耐高温性能。
在航空领域，等离子喷涂工艺也可使用在涡轮叶片、涡轮盘和整流器表面等部位，以提高其抗腐蚀性能和降低磨损程度，延长使用寿命。
三、等离子喷涂工艺存在的问题及发展方向虽然等离子喷涂工艺已被广泛应用于钛合金材料的表面处理，但在使用过程中，还存在一些问题需要解决。
(完整版)等离子喷涂解析
2、等离子喷涂的应用
❖ 等离子喷涂具有喷涂材料范围广、调节方便、 适应性强、喷涂气氛易控、涂层结合力强、气 孔率可调等优点。
❖ 可喷涂的材料范围不断扩大，从传统的金属粉 末到各种功能陶瓷粉末，从微米粉末到纳米粉 末都可以进行喷涂。等离子喷涂技术在国防、 航空、工业、医学等领域发挥着重要的作用。
❖ 热障是等离子喷涂材料应用最早、最广泛的功能。 使用等离子喷涂制备的热障涂层已经广泛的应用 于航天飞机发动机引擎部件、燃烧室器壁、高效 燃气轮机涡轮叶片、大型钢铁厂轧辊、核反应容 器等方面。据估算，厚度为0.4 mm的氧化锆陶瓷 涂层可使基体温度降低100-300K，从而极大地延 长了材料的使用寿命。
❖ 在提高耐磨性方面，等离子喷涂技术发挥了巨大的作用， 制备的钼基合金、Al2O3-TiO2、CrC-NiCr 等耐磨涂层已 经在汽车、造纸、纺织等领域得到广泛的应用。汽车速 度的不断提高对汽车发动机运动部件的耐磨性提出了更 高的要求，使用等离子喷涂制备的复合涂层可以大大降 低材料的摩擦系数，Fukumasa等人使用特殊的喷枪制备 出银-石墨复合涂层，涂层的摩擦系数仅为青铜的 1/5， 银的 1/2。另外，WC-Co 具有优异的耐磨性能，但在等 离子喷涂过程中容易脱碳，降低了涂层的性能。Li等人 对涂层进行放电等离子体烧结（SPS），成功的恢复了涂 层中的 WC 相，使涂层近表面的硬度提高约 40%。
• Plasma jet can reach very high temperature > 20,000 K • Plasma disassociation 离解effect (ionization) is important to enhance heat transfer • Almost applicable to any materials: ceramics, metal, plastics, etc.
等离子喷涂工艺参数
等离子喷涂工艺参数1. 简介等离子喷涂是一种常用的表面喷涂技术，通过将等离子体产生的高温高能量等离子体束喷射到工件表面，形成一层坚固的涂层。
在等离子喷涂过程中，工艺参数的选择对于涂层质量和性能具有重要影响。
本文将详细介绍等离子喷涂工艺参数的选择和优化。
2. 工艺参数的选择2.1 等离子喷涂设备选择合适的等离子喷涂设备是工艺参数选择的基础。
设备的功率、喷涂枪的类型和喷嘴的尺寸等因素会直接影响到工艺参数的选择。
一般来说，较高功率的设备能够提供更高的喷涂速度和更好的涂层质量，但也会增加设备成本和能源消耗。
2.2 等离子体气体等离子喷涂过程中使用的等离子体气体对于涂层的形成和性能具有重要影响。
常用的等离子体气体包括氮气、氩气和氢气等。
不同的气体对涂层的成分、结构和性能都会产生不同的影响。
选择合适的等离子体气体需要考虑涂层的要求、工艺的成本和设备的可用性等因素。
2.3 喷涂距离喷涂距离是指喷嘴与工件表面之间的距离。
喷涂距离的选择直接影响到喷涂速度和涂层质量。
一般来说，较短的喷涂距离能够提供更高的喷涂速度，但也会增加涂层的热输入和气流的扰动，影响涂层的致密性和附着力。
因此，在选择喷涂距离时需要综合考虑涂层要求和设备能力。
2.4 喷涂速度喷涂速度是指喷涂设备在单位时间内喷涂的面积。
喷涂速度的选择需要综合考虑涂层的厚度要求、喷涂距离和设备能力等因素。
过高的喷涂速度会导致涂层质量下降，而过低的喷涂速度则会增加喷涂时间和成本。
2.5 喷涂角度喷涂角度是指喷嘴与工件表面的夹角。
喷涂角度的选择会影响到涂层的均匀性和附着力。
一般来说，较小的喷涂角度能够提供更好的涂层均匀性和附着力，但也会增加涂层的厚度和喷涂时间。
3. 工艺参数的优化3.1 涂层质量的评估在优化工艺参数之前，需要对涂层质量进行评估。
常用的评估指标包括涂层的致密性、附着力、硬度和粗糙度等。
通过对涂层质量的评估，可以确定需要优化的工艺参数和优化的方向。
3.2 工艺参数的优化方法工艺参数的优化可以通过实验和模拟两种方法进行。
等离子体喷涂技术在航空领域的应用与发展
等离子体喷涂技术在航空领域的应用与发展近年来，随着科技的不断进步，航空领域的技术也在不断发展。
其中，等离子体喷涂技术被越来越多地应用于航空工业中，成为了航空领域中不可或缺的领域。
一、等离子体喷涂技术的概述等离子体喷涂技术是一种在超高温、超高压等条件下，利用等离子体气相反应，将涂层材料沉积在基材表面的新型热喷涂技术。
它将钨丝或氩气引导到等离子体反应区域中，使用等离子气态等离子体沉积技术，将材料附加在基材表面，形成一层均匀、致密、结构稳定的涂层。
二、等离子体喷涂技术在航空领域中的应用近年来，等离子体喷涂技术在航空领域中的应用越来越广泛。
其中，主要应用在以下几个方面。
1. 航空发动机零部件涂层技术航空发动机的零部件如叶片、叶轮、进气道、压气机叶轮等零部件，其工作环境往往极其恶劣，需要抗腐蚀、耐热、耐磨损的涂层进行保护。
等离子体喷涂技术可将各种高强度、高温、耐氧化材料沉积在零部件上，提高了零部件的使用寿命和稳定性。
2. 航空航天器表面防热隔热涂层技术航空航天器在高速飞行过程中面临着极其严酷的温度条件，表面温度很高，需要进行防热隔热处理。
等离子体喷涂技术可以在航空航天器表面形成具有高强度、高耐热性和高耐腐蚀性的陶瓷涂层，不仅能保证机体表面的温度在一定范围内，还能提高航空航天器的安全性和性能。
3. 航空部件的涂层修复、梳理技术随着航空工业的不断发展，有些飞机零部件在使用过程中造成损伤，如发动机涡轮叶片表面因为高温容易形成开裂、坑洼等缺陷而影响使用寿命。
等离子体喷涂技术可以通过涂层修复、梳理等技术手段来修复受损的零部件，延长使用寿命并节约维修成本。
三、等离子体喷涂技术在航空领域中的发展前景等离子体喷涂技术在航空领域中的应用前景十分广阔。
同时，也面临着技术难题、材料的选择和成本等问题。
其中，技术难题主要包括等离子体喷涂技术的喷涂质量控制和工艺精度控制的难度，以及喷涂过程中涂层厚度控制的不精确等问题。
另外，在等离子体喷涂技术中，材料的选择也是非常重要的。
等离子喷涂设备自制及调试
紧 了一 些 ，这样 枪体 问 题基 本 解决 了 。从这 里我 们 得 出，冷 却水 对于 枪体 的
保 护是 必不 可少 的 ，如 果冷却 水 通人 不及 时 ，喷枪 在 ２～３秒之 内就 会 烧损 ，
２ ３ 喷枪
喷 枪的结 构 繁多 ，按 其稳 弧 的方 式可 分 为三 类 ：液体 稳弧 喷枪 ，气体 涡 旋 稳弧 喷枪 、气 体薄 壳稳 弧 喷枪 ，国内外 比较流 行 的喷 枪都 是 气体 薄壳 稳 弧 喷枪 。本次 自制 设备 所 用 的喷枪 分 为前 盖 、下枪 体 、分水 环 、上枪体 、电极
上 和高 频 电源 上安 装 了滤 波器 ，在 经过 种种 尝试 之 后 ，还是 不行 ，最 后的 措
２ 等 离子 喷涂 设备 基本组 成
２ １ 电源 等 离子 电弧 要求 电 源具有 一 个陡 降 的外 特性 。这 样不 仅 当电弧 长 度变 化
时焊接 规范 能 较稳 定 ，而且 减 少 由于 电流 突然 增加 而 引起 双弧 的可 能 性 。 自
３ １高频 问题 的解决
既然 高 频影响 硅触 发器 ，于是 我们决 定把 高频 电源和 硅触 发器 电源分 开 ， 具 体 步骤 如 下 ：
电压 等 离子 喷枪 产生 的 等离 子气 流 的长 度和 速度 高 于低 电压 等 离子 ，因此涂 层 的致 密性较 高 ，但 是对 于陶 瓷涂 层 来讲 ，随 着等 离子 喷 涂能 量 的提 高和 涂
施是 ：引弧（ 者起弧 ） 或 时把 高频 影 响的激 磁电路 断开 ，待主 电路接通 时 ，在 接
通激 磁 电流 。这 是 由于开 始时 ，主 电路和 激磁 电路 没有 接通 ，当开始起 弧 时 ， 维弧 电 路接通 ，起弧 后 高频 关断 ，主 电路 和激 磁 电路 同时 接 通 ，这样就 躲过
等离子喷涂原理
等离子喷涂原理
等离子喷涂是一种高温喷涂技术，它利用等离子体的高温和高速气流将涂层材料喷涂到基材表面，形成一层均匀、致密、高质量的涂层。
等离子喷涂技术广泛应用于航空、航天、汽车、电子、医疗等领域，具有优异的耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电性能等特点。
等离子喷涂的原理是将气体通过高频电场放电，使气体分子电离成等离子体，形成高温、高速的等离子体气流。
等离子体气流通过喷嘴喷出，将涂层材料粉末加热熔化，形成涂层颗粒，然后被气流带到基材表面，形成一层均匀、致密、高质量的涂层。
等离子喷涂的优点是可以喷涂各种材料，包括金属、陶瓷、塑料等，可以喷涂各种形状的基材，可以喷涂各种厚度的涂层，可以喷涂高温、高压、高速等恶劣环境下的涂层。
等离子喷涂的涂层质量高，粘附力强，耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电性能好，可以提高基材的使用寿命和性能。
等离子喷涂技术的应用范围广泛，例如在航空航天领域，可以喷涂高温合金、陶瓷涂层等，提高发动机、涡轮机等部件的耐热性能；在汽车领域，可以喷涂防腐涂层、陶瓷涂层等，提高汽车零部件的耐腐蚀性能；在电子领域，可以喷涂导电涂层、绝缘涂层等，提高电子元器件的性能和可靠性。
等离子喷涂技术是一种高效、高质量、多功能的喷涂技术，具有广
泛的应用前景和市场需求。
等离子体喷涂机工作原理
等离子体喷涂机工作原理等离子体喷涂机是一种先进的表面喷涂技术设备，广泛应用于航空航天、汽车、冶金和电子等领域。
它利用高温高能等离子体喷涂材料，以提高表面性能和功能，下面我们来详细了解等离子体喷涂机的工作原理。
一、等离子体的生成等离子体是指气体中的一个状态，其中的原子或分子被激发或电离，带有正电或负电荷。
等离子体的生成主要通过两种方式实现：弧放电和射频诱导等离子体。
1. 弧放电等离子体生成原理弧放电等离子体生成原理是将两个电极之间产生电弧放电，通过高温高能的电流使气体分子电离，从而形成等离子体。
在等离子体喷涂机中，通过电极间的电弧放电，将气体转变为等离子体，并加热等离子体至高温状态。
2. 射频诱导等离子体生成原理射频诱导等离子体生成原理是通过射频电源提供高频电压，在电极附近产生高频电场，使气体分子电离并形成等离子体。
这种方法可以实现更加精确和稳定的等离子体喷涂过程。
二、等离子体喷涂过程等离子体喷涂过程是将喷涂材料通过等离子体状态的高温高能气流喷射到基材表面，形成附着牢固的涂层。
等离子体喷涂机主要包含以下几个组成部分：喷枪、喷嘴、电源和控制系统。
1. 气体供给和喷枪等离子体喷涂机中的气体通常是惰性气体，如氩气或氮气。
气体通过气体供给系统进入喷涂枪，通过高压喷嘴喷出。
喷涂枪的设计可以使喷嘴与工件表面保持适当的距离，以确保喷涂效果。
2. 材料喷涂和熔融喷涂枪中的喷嘴是喷涂材料的出口，通过气体流动将喷涂材料聚焦于一定区域。
等离子体喷涂机工作时，喷涂枪的喷嘴会受到弧放电或射频电场的激发，使喷涂材料以等离子体状态喷射出来。
等离子体的高能量使喷涂材料快速熔融并形成涂层。
3. 涂层沉积和表面处理等离子体喷涂机通过高速喷射的喷涂材料使其附着在基材表面，形成均匀且致密的涂层。
喷涂机还可以通过调整喷枪的角度、喷涂速度和距离来控制涂层的性能和厚度。
同时，喷涂机还可以实现涂层的预处理，如清洗、喷砂和热处理等，以提高附着力和涂层质量。
等离子喷涂 参数
等离子喷涂参数等离子喷涂是一种先进的表面涂覆技术，它通过利用等离子体的高温和高能量来使材料表面形成坚固的涂层。
这种技术广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造、石油化工、电力等领域。
等离子喷涂技术具有喷涂速度快、粘附力强、抗腐蚀性好等优点，因此备受重视。
下面将介绍等离子喷涂技术的工作原理、应用领域和关键参数。
一、工作原理等离子喷涂技术是利用等离子焰将陶瓷、金属、合金等粉末材料喷涂到工件表面形成涂层。
车间的工作人员首先将粉末材料装入喷涂设备中，并通过加热和喷射气体来形成等离子焰。
等离子焰能够将粉末材料加热至高温，并将其加速喷涂到工件表面形成坚固的涂层。
这样的涂层具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，可以提高工件的使用寿命和性能。
二、应用领域等离子喷涂技术在航空航天、汽车制造、船舶制造、石油化工、电力等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，等离子喷涂技术可以用于制造航空发动机零部件、导弹外壳等高温部件的表面涂层，以提高其耐磨性和耐高温性能。
在汽车制造领域，利用等离子喷涂技术可以对汽车发动机缸体、缸盖等零部件进行表面强化处理，改善零部件的耐磨性和耐腐蚀性。
在船舶制造领域，等离子喷涂技术可以用于对船舶螺旋桨、船体等零部件进行表面保护涂层喷涂，提高其使用寿命和抗海蚀性。
在石油化工和电力领域，等离子喷涂技术可以对管道、阀门、锅炉等设备进行表面改性，增强其抗腐蚀性和耐高温性能。
三、关键参数等离子喷涂技术的关键参数包括喷涂材料、喷涂设备、气体流量、喷涂温度、喷涂速度等。
首先是喷涂材料的选择，不同的工件需要选择不同的喷涂材料，包括陶瓷、金属、合金等。
其次是喷涂设备的选择，喷涂设备需要具有稳定的喷涂能力和精准的控制系统。
气体流量和喷涂温度需要根据喷涂材料的特性进行合理的调节，以确保喷涂效果和涂层质量。
喷涂速度需要根据工件表面的形状和尺寸进行适当的调整，以保证涂层的均匀性和致密性。
等离子喷涂技术是一种先进的表面涂覆技术，具有广泛的应用前景。
低温等离子体技术及其在清洁能源中的应用
低温等离子体技术及其在清洁能源中的应用随着人们对环境保护的重视，清洁能源成为了国际上一个热门的话题。
低温等离子体技术正是其中一种被广泛应用的技术之一。
本文将从低温等离子体技术的基础知识、产生机制、应用领域等方面进行介绍并探讨其在清洁能源中的应用。
一、低温等离子体技术的基础知识1. 等离子体的定义等离子体是由于气体分子经过电磁场激发而形成的电子、原子和分子之间的高度电离态形成的物质态。
其中电子负责携带等离子体的电荷，质量较小，容易被外部电场影响；而离子质量较大，容易被外部磁场影响。
等离子体具有高温度、高能量、高电导、高等离子体密度、高反应活性等特点。
2. 低温等离子体的定义低温等离子体是指在室温下或较低温度下形成的、等离子体密度相对较低的等离子体，一般指电子温度低于几千度的等离子体。
低温等离子体能够对常温下的物体和生物产生微弱影响，但不会引起热损坏。
二、低温等离子体的产生机制低温等离子体的产生机制主要有微波放电、辉光放电、空气等离子体等。
1. 微波放电微波放电是经常用于产生低温等离子体的一种方法。
它利用微波能量注入到等离子体中，使其分子碰撞后电离，从而形成低温等离子体。
微波放电的特点是能够使等离子体达到高度均匀的电离状态。
2. 辉光放电辉光放电是指在较低压力下沿电极间断电击发电弧，透过发光过程散发出的黄绿或红色光芒，并在电极之间形成的高度电离态的空气（或其他气体）。
辉光放电可以通过改变电极和气体类型，改变电压、频率和位置，以便产生适当的等离子体反应。
3. 空气等离子体空气等离子体技术是指将高温气体等离子体通过高温火花或爆炸冲击传递到常温的空气中，以形成低温等离子体。
在空气等离子体技术中，常采用的等离子体源是高温等离子体。
因此，这种方法既可以通过火花放电，也可以通过爆炸的方式产生。
三、低温等离子体技术的应用领域1.材料表面改性等离子体处理技术可用于表面改性，从而提高材料表面的抗腐蚀、附着、耐磨、防刮、防污、防水等性能。
等离子体喷涂原理
等离子体喷涂原理
1.原料制备：将所需材料制成粒子或粉末的形式，通常使用化学气相
沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或机械制备等方法制备喷涂材料。
2.等离子体产生：使用等离子体喷涂设备，将气体通过高频电压或电
弧加热，使气体电离，并形成等离子体。
3.等离子体喷涂：将制备好的喷涂材料通过喷涂枪喷入等离子体喷涂
区域。
喷涂材料与等离子体中的粒子或离子相互作用，发生化学反应或物
理过程，喷涂材料的粒子在喷涂过程中加热熔化或热分解，并在高速气流
的作用下沉积在工件表面上。
4.镀膜形成：喷涂材料在工件表面上沉积并冷却，形成致密的涂层。
2.高速热流：等离子体喷涂过程中，喷涂材料进入高速气流中，气流
的动能和热能可以迅速将喷涂材料传递到工件表面，使喷涂涂层在很短的
时间内冷却和固化，从而形成均匀致密的涂层。
3.特殊材料喷涂：等离子体喷涂技术可以喷涂各种材料，包括金属、
陶瓷、复合材料等。
这些材料可以根据工件的要求选择，并喷涂在表面上，以实现不同的功能和性能。
4.高效环保：等离子体喷涂过程中，不需要使用大量的溶剂和化学试剂，减少了环境污染和废物排放。
同时，喷涂设备的能量利用率高，节约
能源。
等离子体喷涂的原理
等离子体喷涂的原理等离子体喷涂是一种表面涂覆技术，常用于改善材料的机械性能、耐磨性、耐蚀性等。
其原理主要包括等离子体产生、喷涂物料离子化、喷涂物料吸附和涂层形成等过程。
等离子体产生是等离子体喷涂的起点。
等离子体是一种物态，主要由离子及带电粒子组成。
在等离子体喷涂中，常采用电弧放电等方式产生等离子体。
电弧放电时，两电极之间的气体会产生局部放电，形成高温、高能量的电弧。
电弧放电会使气体分子发生电离、碰撞等过程，生成等离子体。
物料离子化是等离子体喷涂的关键过程。
在等离子体喷涂中，喷涂物料通常是粉末形式的固态物料。
这些物料需要在等离子体作用下，被离子化成带电的粒子。
通常，离子化的方式包括热电子撞击、热电离、电子束离解和电子束碰撞离子化等。
这些方法都能使喷涂物料中的原子或离子获得较高的动能，使其能够进行喷涂作业。
喷涂物料吸附是等离子体喷涂的关键步骤。
在物料离子化后，带电粒子会带有较高的能量，以较高速度向基材表面运动。
当离子接近到基材表面时，会发生吸附作用。
这是因为基材表面带有静电场，可以吸引离子。
物料粒子在基材表面吸附后，也会与基材表面发生相互作用，通过键合力或化学反应等方式，与基材表面形成结合。
涂层形成是等离子体喷涂的最终目的。
当喷涂物料吸附到基材表面后，会形成涂层。
该涂层通常具有较高的致密程度、较高的附着力和较好的机械性能等特点。
涂层的质量和性能主要取决于喷涂物料的性质、离子能量、基材表面性质等因素。
根据不同的应用需求，可以选择不同的喷涂物料和调整离子能量等参数，来实现涂层的定制化。
总的来说，等离子体喷涂是通过产生等离子体、离子化喷涂物料、喷涂物料吸附和涂层形成等步骤实现的一种表面涂覆技术。
其原理清晰可见，通过控制喷涂参数和材料选择等方面的优化，可以得到理想的涂层性能，从而满足不同领域的应用需求。
等离子体喷涂在航空航天、汽车工业、能源领域等具有重要的应用价值，并且在未来可能会得到更广泛的应用。
大气等离子喷涂技术
大气等离子喷涂技术同学们，今天咱们来一起了解一下大气等离子喷涂技术，这可是个很厉害的东西呢！大气等离子喷涂技术啊，简单来说，就是一种能在材料表面涂上一层特殊涂层的技术。
这就好像给一个物品穿上一件超级防护衣。
那它是怎么工作的呢？有一个像喷枪一样的设备，这个喷枪可神奇啦！它能产生高温的等离子体。
等离子体大家可以想象成一种非常热、非常活跃的气体。
比如说，就像一团燃烧得特别旺的火焰。
然后，我们要把准备喷涂的材料，比如粉末状的金属或者陶瓷，放进这个喷枪里。
当这些材料遇到高温的等离子体时，它们就会瞬间融化，变成小小的液滴。
喷枪会把这些融化的液滴以非常高的速度喷向我们要处理的物体表面。
这些液滴快速地撞击到物体表面后，会迅速冷却并凝固，形成一层坚固、均匀的涂层。
这层涂层有很多好处哦！它可以让物体表面变得更加耐磨，就像给鞋子加上一层厚厚的鞋底，不容易被磨坏。
比如说，如果是用在机器零件上，可以大大延长零件的使用寿命。
它还能提高物体表面的耐腐蚀性，就像给金属穿上了一层不会生锈的外衣。
而且，这层涂层还能起到隔热的作用，让物体在高温环境下也能正常工作。
在实际应用中，大气等离子喷涂技术的用处可多啦！比如在航空航天领域，可以给飞机发动机的叶片涂上涂层，让叶片能承受更高的温度和压力。
在汽车制造中，能给发动机的部件加上涂层，提高性能。
在医疗领域，一些医疗器械的表面也会用到这种技术，让器械更加卫生和耐用。
使用这个技术也不是那么简单的。
需要控制好很多参数，比如喷枪的温度、喷涂的速度、材料的进给量等等。
就好像我们做实验，每种材料加多少、温度调到多少都要很精确。
如果控制不好，涂层可能会出现质量问题，比如有气孔、不均匀或者结合不牢固。
大气等离子喷涂技术是一项非常有用的技术，虽然有点复杂，但是能给我们的生活带来很多便利和进步。
同学们，现在大家对这个技术是不是有了更清楚的认识啦？。
电弧等离子体喷涂技术及其应用
电弧等离子体喷涂技术及其应用电弧等离子体喷涂技术是一种新型的表面涂层技术，其具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、防氧化性、高温性和耐热性等特点。
在冶金、机械、化工、航空航天等领域中得到广泛的应用。
一、电弧等离子体喷涂技术的原理电弧等离子体喷涂技术是利用电弧加热将涂料熔化成为等离子体状态，然后由高速气流将等离子体状态的涂料喷射到被涂物表面上。
电弧形成的等离子体可以将涂料的分子解离成原子或离子，从而增强了原子之间的化学作用，使得涂层的附着力增强，而且在加热过程中涂层中的气泡也可以被排除，从而提高了涂层的质量和均匀性。
二、电弧等离子体喷涂技术的特点1.高效节能：电弧等离子体喷涂技术可以将能量高效利用，能够有效地节省能源，同时也大大降低了涂层的成本。
2.环保节能：电弧等离子体喷涂技术不会产生任何废气、废水、废渣等有害物质，是一种非常环保的表面涂层技术。
3.高度可控：电弧等离子体喷涂技术可以根据不同的工艺需求，进行不同的参数调整，实现对涂层厚度、粗细、质量等多种参数的控制。
4.适用性强：电弧等离子体喷涂技术可以对不同的材料进行喷涂，覆盖范围广，适用性非常强。
三、电弧等离子体喷涂技术的应用1.航空航天领域：电弧等离子体喷涂技术可以用于航空航天领域中，例如喷涂涡轮等部件，能够大大提高其耐热性和耐蚀性。
2.钢铁冶金领域：电弧等离子体喷涂技术可以喷涂高温炉墙、隔热材料和模具等，能够提高其耐热性、防氧化性和耐磨性。
3.汽车工业：电弧等离子体喷涂技术可以用于汽车制造业中，例如车身防腐蚀涂料和悬挂系统等，并能显著提升汽车的整体性能。
4.机械制造业：电弧等离子体喷涂技术可以用于机械制造业中，例如增强工具表面的耐磨性和耐热性，提高设备的使用寿命和精度。
四、电弧等离子体喷涂技术的发展趋势电弧等离子体喷涂技术的发展趋势是实现高效率、高质量、低成本、易操作的喷涂设备，同时也是向多功能、智能化、自动化方向发展。
未来，电弧等离子体喷涂技术有望在可持续发展、环保节能等方面继续创新和发展。
特种加工技术 第2版 第6章 等离子体加工
第6章 等离子体加工
特种加工技术
1.等离子体加工基础
等离子体加工基础
特种加工技术
等离子体(plasma)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生 的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主 要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、 气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体。
等离子体切割
特种加工技术
等离子体切割过程不是依靠氧化反应来切割金属，而且靠电弧本身热量熔化 被切割金属，通过高速气流排除熔渣。它比氧燃气火焰切割的适用性更广，可以 对各种材料进行下料，切割出不同直径的圆形工件，也可以借助仿型和数控装置 结合起来进行各种曲线形零件的切割。它还具有切割速度快、切口处变形量小的 特点。
等离子体加工已广泛应用于切割。各种金属 材料，特别是不锈钢、铜、铝的成型切割，已获 得重要的工业应用。它可以快速而整齐切割软钢、 合金钢、钛、铸铁、钨、钼等金属。
等离子体切割是利用极细而高温的等离子弧， 使局部金属迅速熔化，再用气流把熔化的金属吹 走的切割方法。等离子弧切割由于切割效率高、 损耗低、适用范围广等优点已广泛应用于各类工 程建设、制造等行业。
等离子体切割
特种加工技术
等离子体切割
等离子体切割设备
特种加工技术
等离子切割系统主要由供气装置水装置、电源以及割枪几部分组成。水冷枪还需有冷却 循环水装置。
(1)供气装置 空气等离子弧切割的供气装置的主要设备是一台大于l.5kw的空气压缩机， 切割时所需气体压力为0.3-0．6MPa。如选用其他气体，可采用瓶装气体经减压后供切割 时使用。
2.等离子弧与钨极氩弧相比具有下列特点： （1）电弧能量集中和温度高 （2）电弧挺直性好
等离子喷涂原理
等离子喷涂原理等离子喷涂是一种利用高温等离子体将粉末材料喷涂在工件表面的表面处理技术。
该技术广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域，具有耐磨、耐腐蚀、导热性能好等优点。
下面将详细介绍等离子喷涂的原理及其应用。
等离子喷涂的原理主要是利用等离子喷涂设备中的等离子体火焰将粉末材料加热至高温状态，然后在气流的作用下喷涂在工件表面，形成一层均匀、致密的涂层。
等离子喷涂设备由等离子体发生器、喷涂枪、喷涂粉末供给系统等部分组成。
通过控制等离子体的温度、速度和喷涂距离等参数，可以实现对涂层厚度、粗糙度等性能的调控。
等离子喷涂的优势主要体现在以下几个方面：1. 高温等离子体可以将粉末材料快速加热至熔融状态，喷涂效率高；2. 涂层与基材结合紧密，耐磨、耐腐蚀性能优异；3. 喷涂过程中不会产生有害气体，环保性好；4. 可以喷涂多种材料，满足不同工件的需求。
等离子喷涂技术在航空航天领域得到广泛应用。
航空发动机叶片、涡轮等部件经过等离子喷涂处理后，可以提高其耐高温、耐磨损性能，延长使用寿命。
此外，等离子喷涂还可以用于航天器的热防护、气动外形设计等方面，提高整体性能。
在汽车制造领域，等离子喷涂技术也有着重要的应用。
汽车发动机缸体、排气管等零部件经过等离子喷涂处理后，可以提高其耐磨、耐腐蚀性能，减少能源消耗，延长使用寿命。
此外，等离子喷涂还可以用于汽车外饰件的表面处理，提高其外观质量和耐候性。
总的来说，等离子喷涂技术作为一种先进的表面处理技术，具有很高的应用价值和发展前景。
随着材料科学和制造技术的不断发展，相信等离子喷涂技术将在更多领域得到应用，为工业生产带来更多的便利和效益。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
15
3 主要应用
1) 等离子体冶炼 等离子体冶炼：用于冶炼用普通方法难于冶炼的材 料，例如高熔点的锆 (Zr)、钛(Ti)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W) 等金属；还用于简化工艺过程，例如直接从ZrCl4、MoS2和 TiCl4中分别获得Zr、Mo和Ti；用等离子体技术还可开发高 硬高熔点的合金粉末，如WC-Co、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉 末。等离子体冶炼的优点是产品成分及微结构的一致性好， 可免除容器材料的污染。 2) 等离子体喷涂 等离子体喷涂：许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、 抗高温，为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。 用等离子体技术可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化， 并喷涂到基体（部件）上，使之迅速冷却、固化，形成接近 网状结构的表层，这可大大提高喷涂质量。 16
6
影响电离度的因素
※ 温度 随着温度的升高，气体离子运动的动能也 就增加。具有高动能的粒子在热运动中互相碰 撞，就可以有更多机会发生电离。所以温度对 电离度的影响是比较大的。温度越高，电离度 越大。
7
※ 压力
根据热力学中的沙哈方程Leabharlann 推导得出电离度与压力的关系式如下：
X = K (T ) K (T ) + P
27
3 等离子弧的组成
等离子弧的组成和自 由电弧一样，都是由 阴极和阴极区、弧柱、 阳极和阳极区等三部 分组成。下面以等离 子喷涂所采用的非转 移型等离子弧（图 1.6）为例来说明。
图1.6 等离子弧组成部分 1－阴极；2－阴极区；3－弧柱； 4－阳极区；5阳极；6－焰流
28
1) 阴极和阴极区
等离子弧放电的绝大多数电子是由阴极发出的。 阴极表面放电部分的总和称为阴极斑点，它的电 流密度高达103-106安/厘米2。阴极区是指靠阴极 ( 10 ) 附近(距阴极约10-4厘米)电场强度很强的区域。由 于大量电子从阴极逸出，造成阴极区内正离子大 于负离子数，使它具有空间正电荷，形成了阴极 电位降，阴极区的电位梯度（单位长度上的电位 降）很大，具有105-106伏/厘米的量级。
33
2 转移型等离子弧（简称转移弧） 转移型等离子弧（简称转移弧）
在阴极和工件之间形成的等离子弧称为转移 弧，如图1.7（b）所示。其温度比非转移弧 高，能量集中，可用于金属的切割、焊接和 熔炼等方面。
34
3 联合型等离子弧（简称联合弧） 联合型等离子弧（简称联合弧）
当采用非转移弧和转移弧联合使用时称为联 合型等离子弧，如图1.7(c)所示。它应用在 等离子喷焊时，非转移弧起着引燃转移弧及 加热金属粉末的作用；转移弧主要用来加热 工件，使喷出的粉末迅速进入熔池与工件熔
29
2) 弧柱区
弧柱区是由电弧长度上均匀分布的导电气体组成 的。在弧拄区内，气体产生强烈的电离现象，正 负离子浓度几乎相等，在它的每一个宏观区域内 的电离气体都呈现中性，所谓等离子体就是指的 弧柱部分。
30
3) 阳极和阳极区
阳极基本上仅接受弧柱区流来的电子，电子流 入阳极也集中在阳极表面不大的面积上，这就 称为阳极区，阳极区在水冷喷嘴的内壁上。进 入阳极区的电子带来大量的热量，其中包括电 子从阴极逸出时所得到的能量以及它通过弧柱 区受到电场加速所获得的动能。这些能量转变 成热能，并使阳极温度升高。所以充分冷却喷 嘴是确保喷嘴正常工作的必要条件。
8
电离能 气体原子中的外层电子摆脱原子核对它的束 缚，而成为自由电子时所需的能量称为电离能。 可用下式表示：
A +W
← →
A +e
+
一个电子所需的电离能为：
W=qe·Ui
9
气体的电离电位可以理解为使电子从原子中摆脱出来所需要 的外加电场的电位差。电离电位的单位为伏特。表1.1中为 几种常用气体在常温常压下的电离电位值。
3
2）等离子体是物质第四态
固体 冰
液体 水
气体
水汽
等离子体
电离气体
0 0C
1000C
100000C 温度
4
（1） 电离现象 正离子 电子 原子核 +7 电子 +7 -
5
图1.1 氮原子电离过程
（2）电离度和电离能
气体电离程度的强弱可用电离度来表示。 通常把已电离气体的粒子数与未电离前的 粒子总数之比称为电离度。其表示公式如 下： N A+ X = N A0
3) 等离子体焊接 等离子体焊接：可用以焊接钢、合金钢；铝、 铜、钛及其合金。特点是焊缝平整，可以再加工， 没有氧化物杂质，焊接速度快。还用于切割钢、铝 及其合金，切割厚度大。 4) 等离子体刻蚀：在半导体制造技术中，等离子 等离子体刻蚀： 体刻蚀是干法刻蚀中最常见的一种方法，等离子体 产生的高能粒子（轰击的正离子）在强电场下，朝 硅片表面加速，这些粒子通过溅射刻蚀作用去除未 被保护的硅片表面材料，从而完成一部分的硅刻蚀。 5) 等离子体隐身： 在军事应用于飞行器的隐身。 等离子体隐身： 6) 等离子体核聚变：托克马克及ITER装置，都是 等离子体核聚变： 研究核聚变应用发电的实例。
式中，X——电离度； K(T)——电离过程中平衡常数； P——压力值。 由上式可以明显地看出：当气体压力越低（即气体及其稀薄） 时，电离度越高；即使在不高的温度下，也可以出现很高的电离度， 因此在很宽的温度范围内都可以存在着电离现象。在宇宙空间中， 由于气体极其稀薄，所以电离现象在宇宙中是普遍存在的。
18
2) 自由电弧产生的原理
自由电弧产生的原理如图1.2所示。当开关K关闭时， 两极间存在一定的电压。在正负两电极间的间隙里产生 一个较强的电场。两极间隙距离越小，电场越强。当间 隙小到一定程度时，电场力就足以将阴极电子拉出电极 而飞向阳极。随着电场力的增加，电子获得很高的动能， 足以对气体粒子进行撞击而产生电离现象。电离后的气 体又会出现更多的电子，这些电子在电场中又会加速去 撞击新的气体粒子。这样，在两极间的电子浓度不断增 加，气体就就被电流击穿，同时出现了很强的光和热， 即发生了气体燃烧现象。由于热能的作用，气体又进一 步被电离。这种在两极之间的气体介质中出现的持续强 烈的电离现象称为电弧现象。上述电弧现象不受任何约 束，气体发生自由燃烧，故称为自由电弧。 19
表1.1 几种气体在常温常压下的电离电位
气体种类 电离电位(V) 氢(H2) 15.4 氩(Ar) 15.7 氮(N2) 氧(O2) 15.8 12.5 氦(He) 24.5
10
根据表1.1可以算出各种不同气体电离 时所需的电离能W。现以氮气为例： 氮气的电离电位： Ui=15.8伏 =15.8 电子电量： qe=1.6×10-19库
35
第四节 等离子弧特性
1 高温特性 2 高速特性 3 电特性 4 稳定性 5 可控性
36
1 高温特性
等离子弧最大特点是具有非常高的温度。图1.8为等离子弧 温度分布情况，在等离子弧中心最高温度达32000K。这样高 的温度是其它热源无法达到的。例如氧乙炔温度最高只有 3200K左右，电焊电弧温度一般在5000－6000K之间，氩弧 焊的最高温度也只 有9000－10000K。 由于等离子孤具有 极高的温度，被加 热的材料一般不受 其熔点高低的限制。 因此，它可作为一 种特殊的热源应用 37 到各个方面。
21
2) 等离子弧的压缩效应
等离子弧与自由电弧的最大区别就在于等 离子弧在冷却喷嘴内受到如下三个方面的 压缩作用。
22
（1） 机械压缩效应
喷嘴孔径越小和孔道越长，对弧柱的压缩愈 强，弧柱直径越细。这种对弧柱的压缩现象 称为机械压缩效应。
23
（2） 热压缩效应
在喷嘴处于循环水的冷却条件下，由于喷嘴 孔道内壁的温度温低，通过喷嘴内壁附近的 气体必然受到冷却，形成一股依附在喷嘴孔 道内壁上的冷却气膜。电弧将受到冷却气膜 的压缩。我们把这种现象称为热压缩放应。
25
如果是一束电流方向相同 的平行导线，则在电磁力 的作用下，每根导线将受 到指向其中心方向的电磁 力，如图1.5所示。对于等 离子弧来说，可以把它看 作是由无数根相互靠近 的．电流方向相同的平行 导线所组成的。在弧拄内， 各部位由于电磁力的作用， 都存在指向其中心部位的 压缩力。这种现象是由于 电弧本身的磁场产生的， 称为自磁压缩效应。
13
2 等离子体的分类
1) 按等离子体温度分 （1）高温等离子体：温度相当于108~109 K完全 电离的等离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。 （2）低温等离子体： 热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温 度103~105K，如电弧、高频和燃烧等离子体。 冷等离子体：电子温度高（103~104K），如稀 薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体、 DBD介质阻挡放电等离子体等。 14
图1.5 一束平行导线流过相同 方向电流时受力示意图
26
上述三种压缩效应对电弧作用的结果，使电弧 受到强烈压缩而产生等离子弧。这三种压缩效 应是同时存在的。机械压缩效应取决于喷嘴的 结构和尺寸，热压缩效应取决于气体的进气方 式、流量大小和喷嘴内壁的冷却效果，这两种 压缩效应是可以控制的。自磁压缩效应是由于 电弧本身而引起的，它的压缩效果完全取决于 上述两种压缩效果的结果。因此，分析影响各 种压缩效果的主要因素，为设计等离子喷枪提 供了主要的依据。
2) 按等离子体所处的状态： （1）平衡等离子体：气体压力较高，电子温 度与气体温度大致相等的等离子体。如常压下的 电弧放电等离子体和高频感应等离子体。 （2）非平衡等离子体：低气压下或常压下， 电子温度远远大于气体温度的等离子体。如低气 压下DC辉光放电和高频感应辉光放电，大气压下 DBD介质阻挡放电等产生的冷等离子体。
图1.2 自由电弧原理图 S－直流电源；R－电阻；K－开关
自由电弧在不受约束的条件下，弧柱较 粗，热量分散，电离度较低，一般温度在 5000－60000K。因此，自由电弧在应用上就 20 受到了一定的限制。