国内外等离子喷涂设备现状及发展趋势

国内外等离子喷涂设备现状及发展趋势

摘要：介绍了几种国内外具有代表性的等离子喷涂设备及其最新发展动态。

关键词：等离子喷涂设备,轴向送粉,多功能集成技术,控制系统

等离子喷涂技术是随着现代航空、航天技术的出现而发展起来的，已广泛应用于航空、航天、军事、纺织、机械、电力、生物工程等各个领域，是一项应用相当广泛的热喷涂技术。随着全球经济的复苏，热喷涂技术，特别是等离子喷涂的工艺及设备又重新兴起，国外各喷涂设备厂家都在抓住机会不遗余力地进行新设备的开发和市场开拓工作，国内也出现新的竞争局面。总体来说，当前国外先进的等离子喷涂设备发展方向有轴向送粉技术、多功能集成技术、实时控制技术。

1 国外等离子喷涂设备

1.1 Axial III型等离子喷涂设备

Axial III三电极轴向送粉等离子喷涂系统

Axial III为加拿大Mettech公司开发出的三阴极轴向送粉等离子喷涂系统。传统的枪外送粉方式是将粉末从径向送入等子焰流，这样就会有部分粉末穿过或没有进入等离子焰，降低了粉末的沉积效率，又影响了涂层质量。而Axial III则可完全避免这些缺点。Axial III轴向送粉喷枪包括3对相互独立的阳极和阴极，喷枪起弧后3个电弧通过集束器在喷嘴处汇集，粉末通过一根位于喷枪轴向的送粉管送入喷嘴汇集处，从而实现真正意义上的轴向送粉。与传统的枪外送粉等离子喷涂设备相比，Axial III的主要优点是高沉积效率、高送粉速率、低孔隙率和较高的涂层硬度，且对粉末粒度分布要求不高。如用Axial III喷涂Cr 2O 3时的沉积效率为45%～75%，送粉量为30～90g/min，硬度（HV300）为1300～600，孔隙率为0.3%～0.5%。由于Axial III提高了粉末的沉积效率，因而相应降低了喷涂成本。如喷涂WC-Co时，Axial III可以比HVOF节省75%～80%的时间。目前，采用热喷涂工艺代替电镀铬成为新的研究方向，Axial III已经在许多领域替代了电镀铬，材料方面包括WC-Co，Cr-NiCr，Ti，NiCrBSi。此外，Axial III在制备要求较高的涂层方面，如网纹传墨辊涂层、报纸印刷辊涂层等也具有明显的优势。

Axial III 工作原理

目前看来，采用传统的枪外送粉方式已很难使涂层质量得到较大的提高。而Axial III实现了真正意义上的轴向送粉，有可能使等离子喷涂涂层质量迈上一个新台阶。

1.2 Multicoat 型等离子喷涂设备

Multicoat为全球最大的热喷涂公司%26#8212;%26#8212;瑞士SulzerMetco公司研制的最新型的等离子喷涂设备。Multicoat的设计基

于%26#8220;平台%26#8221;概念，即使用相同的主平台，配备不同的软硬件及相应组件，可以实现不同的喷涂工艺。主平台由操作台、过程控制中心和气体管理中心组成，这是SulzerMetco第一次将PC机的先进性（过程再现、数据管理）和PLC的稳固性结合起来。Multicoat可以进行大气等离子喷涂（APS）、真空等离子喷涂（VPS）和超音速火焰喷涂（HVOF）。在系统配备上，Multicoat包括操作台、过程控制中心、气体管理中心、热交换器、送粉器、转接柜、电源、喷枪等。与以前的等离子喷涂设备相比，Multicoat将气体部分独立出来，这样既可以避免其他电路对质量流量计的干扰，又可以避免氢气泄漏发生危险，提高了系统的安全性。

1.3 5500-2000型等离子喷涂设备

5500-2000为美国PRAXAIR-TAFA公司开发的等离子喷涂系统。5500-2000采用专有软件实时控制和监测等离子弧的实际能量，即净能量。采用净能量算法可以使等离子喷涂系统的闭环控制提高到一个新的水平。操作者键入优化参数后，控制模块控制整个工艺过程，监测和实时显示喷枪效率，使系统参数根据喷枪条件而反应，并作出相应调节以维护目标等离子体能量，提供稳定的能量输出水平。

此外，PRAXAIR-TAFA公司还开发出了类似Multicoat的多功能喷涂系统GTS，和大功率等离子喷涂系统PlazJet（喷涂功率可以达到200kW），其中GTS可以进行等离子喷涂、超音速火焰喷涂和电弧喷涂。PlazJet在国内已有数家用户。

2 国产等离子喷涂设备

2.1 GP-80型等离子喷涂设备

GP-80型等离子喷涂设备是由北京航空制造工程研究所在20世纪70年代研制成功的等离子喷涂设备，其组成部分为采用继电器和浮子流量计控制的GDP-K 型控制柜、磁放大器二极管整流的GDP-80型电源、自来水冷却的SR-1型热

交换器、送粉轮式SF-1型送粉器、PQ-1S手提式喷枪、PQ-1J机装式喷枪，其操作简单，保护环节完善，代表了当时国产等离子喷涂设备的最高水平，为国家科委重点推广等离子喷涂技术作出了贡献。后来通过技术转让，该设备成为国产等离子喷涂设备的主流产品，目前该型号的设备仍占国产等离子喷涂设备的80%以上。

2.2 APS-2000型等离子喷涂设

APS-2000为北京航空制造工程研究所最新研制的等离子喷涂设备。由于

GP-80电源、热交换器效率较低，电流及气体流量控制精度较低等缺点，使喷涂涂层的质量不十分稳定，难以满足对高质量涂层的要求。因此，北京航空制造工程研究所高能束流重点实验室于1995年研制了新一代APS-2000型等离子喷涂设备。该设备采用了许多新技术，其主要组成部分为采用PLC和质量流量计的APS-2000K型控制柜、可控硅整流的K-800型电源、氟里昂制冷式风冷FL-1型热交换器、高精度容积式DPSF-2型送粉器、PQ-1S手提式喷枪、PQ-1J 机装式喷枪和转接柜（水、电、气路的转接处，可防止相互干扰，提高了系统的安全性，并可随喷枪灵活移动），总体性能达到国外20世纪90年代水平，代表了目前国产等离子喷涂设备的最高水平。

3 结束语

随着我国经济实力的增强，材料工件的保护已越来越受到人们的重视，国内对等离子喷涂设备及工艺的需求也大大增加。总体来说，与国外先进的等离子喷涂设备相比，目前国产设备还有一定差距，主要表现在控制系统方面。目前北京航空制造工程研究所高能束流重点实验室正在研制更先进的PC+PLC控制系统，希望能逐渐缩短国产等离子喷涂设备与国际先进水平的差距