等离子喷涂技术

定义: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。
基本原理：等离子喷涂技术是采用直流电驱动的非转
移型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，并高速喷向经过预热处理的 工件表面，形成附着牢固的表面层的方法。
等离子喷涂设备
5）水冷系统 水冷系统是向喷枪供给一定压力和足够流量冷
却水的装置，供水装置包括增压水泵和热交换器。
等离子喷涂设备
6）气体供给系统 供气系统包括工作气和送粉器的供气系统，主
等离子喷涂具有以下特点：
1）可喷材料广泛 由于等离子喷涂时焰流温度高、热量集中，弧柱中心
温度可升高到15000-33000℃，它能熔化一切高熔点和高 硬度材料。这是其它喷涂方法所不能实现的。 2）涂层致密，结合强度高（相对于火焰喷涂）
因为等离子喷涂能使粉末获得较大的动能，且粉末温 度又高，所以，喷涂获得的涂层致密度，一般在90%-98% 之间，结合强度可达65-70MPa。 3）对工作热影响小
等离子喷涂设备
4）送粉器 送粉器是贮存和向喷枪供给粉
末的装置。主要是向等离子喷枪均 匀、定量地输送喷涂粉末。对送粉 器的主要技术要求是送粉量准确度 高、送粉量调节方便，以及对粉末 粒度的适应范围广等。目前常用的 是乔板式送粉器,适用于固态流动 性好的粉末，和带有小孔的转盘吹 式送粉器,用于固态流动性差的粉 末和微细粉末。
等离子喷涂技术
组员：谭哲 梁佩 张桧楠 谢希鑫 彭伟 杜波 徐向伟
目录
1. 等离子喷涂的定义、原理 和特点 2. 等离子喷涂与其它表面改性技术的区别 3. 等离子喷涂涂层的检测 4. 等离子喷涂设备 5. 等离子喷涂工艺 6. 等离子喷涂应用举例 7. 等离子喷涂技术的发展
等离子喷涂的定义、原理 和特点
的试验方法有胶接拉脱法、杯突法、弯曲、扭转法等 结合力测试方法。随着测试技术的不断提高，目前各 种新型试验方法不断涌现，如声发射划痕法、连续载 荷压痕法、动态循环加载接触疲劳法等。
2）涂层硬度测定 涂层的硬度测定分为宏观硬度（洛氏表面硬度）
和微观硬度（显微硬度和维氏硬度）。测定宏观硬度 时，对涂层的厚度有一定的要求。显微硬度和维氏硬 度可以对涂层中的基体相和硬质相进行分别测定，精 确度较高，因此在热喷涂层的硬度试验中被广泛采用。
颗粒在高温等离子射被瞬间加热到熔化或者半熔化状态， 并以单个颗粒为单元分别凝固在基体表面形成层片状堆积 涂层。
气相沉积是将一种或数种材料通过电阻加热、离子轰 击或者电子束照射方法使其气化（或化学分解），以直接 气－固沉积方式（或发生化学反应）在基体表面沉积薄膜 的工艺方法。
2）条件不同 等离子喷涂可以直接在大气环境下 气相沉积通常在真空环境下进行
4）涂层的残余应力 热喷涂层的另一个典型特征是喷涂过程中，涂层的冷
却与凝固产生的收缩在涂层∕基体界面出现残余应力，这 种应力在棱角和边缘往往形成拉应力，并会在边界引起裂 纹，裂纹在一定的条件下，会发生扩展最终造成涂层剥落。 涂层材料的热膨胀系数和涂层的厚度对残余应力影响很大 的。一般来说涂层越薄，则相应的残余应力就越小。
等离子喷涂设备
2）控制柜 等离子弧喷涂控制柜的主要作用是控制和调节
向等离子喷枪供应冷却水、工作气、送粉气、工作 电流及调频电流等参数,并加以显示。控制柜中还务 有各种保护装置，保证设备正常的工作。
等离子喷涂设备
3）喷枪 喷枪是等离子喷涂设备的核心装置。喷枪产生
高温、高速等离子火焰，粉末经送粉器被送入等离 子焰中经过熔化加速过程最终喷射到基材表面。喷 枪是形成涂层的关键设备。喷枪由阴极、喷嘴（阳 极）、朝气道与气室、水冷密封、绝缘体及枪体构 成。
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
等离子喷涂涂层的检测方法
1）涂层结合力试验方法 涂层的结合强度是涂层系统的重要的指标，常用
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Leabharlann Baidu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。
等离子喷涂设备
等离子喷涂设备主要有：整流电源、控制柜、喷枪、 送粉器、循环水冷却系统、气体供给系统等，他们相互配 置如下图。另外，等离子喷涂所需要的辅助设备有：空气 压缩机、喷涂机械手、工作台和喷砂设备等。
等离子喷涂设备
1）整流电源 喷涂用的整流电源是向喷枪供给电能的装置，
其外特性、动特性及供电参数都应满足喷枪产生等 离子弧的要求。目前采用的整流电源类型仍主要是 磁放大器硅整流电源及可控硅整流电源。
3）涂层界面和表面性能的试验 涂层界面性能主要考虑由热冲击和涂层基体间热膨
胀系数不匹配等所产生的界面应力，以及循环加载、接 触疲劳等，在界面产生的剪应力会引起的界面疲劳裂纹 萌生与扩展。以上两方面的因素都会加速涂层开裂和剥 落。
涂层表面性能试验则主要考核其各种功能性，如各 种磨损试验、冲击试验、腐蚀和高温氧化试验等。通常 这些实验后，还需对涂层的成份、结构和形貌进行金相、 电镜、 X —射线衍射，电子探针等方面的微观分析，最 后对涂层性能进行评价。
等离子体的高温足以瞬间熔化目前已知的任何材料， 从而使等离子喷涂的材料更为丰富，特点是喷涂高熔点 陶瓷材料，等离子喷涂具有很大优势。
火焰喷涂只适合一些熔点较低的喷涂材料。
粉末火焰喷枪结构 及喷涂原理示意图
等离子喷枪结构及 喷涂原理示意图
2、与气相沉积的区别
1）根本方法不同（定义） 等离子喷涂是将材料输送到高温等离子射流中，粉末