等离子喷涂技术ppt
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22-等离子喷涂快速制模技术PPT模板
➢ 制作周期短，工艺过程简单，模具制造成本低。
8
快速制造技术及应用
4 Chp3 服务内容
母体
表面预处理
等离子喷 涂
填充 脱 模
模
零
具
件
表面形貌相反
表面形貌相同
（a）
母体 工作模 表面预处 等离子喷 填充 脱模 模 零
理
涂
具件
表面形貌相反
表面形貌相同
（b） 图7-8 等离子喷涂快速制模工艺
5 Chp3 服务内容
等离子喷 1.2 涂快速制
模工艺
等离子喷涂快速制模过程如图7-9所示。等离子喷涂法制作凹模和 凸模的过程是相同的，下面只叙述凹模的制作过程。
等离子喷 1.3 涂快速制
模的特点
➢ 等离子弧的能量高度集中，温度可达万度以上，它不仅可以喷涂金 属粉末，也可以喷涂陶瓷粉末或金属与陶瓷的复合粉末，制作的模 具型腔表面性能优良。
➢ 由于等离子弧的流速大，粉末颗粒能获得较大功能，涂层致密性较 好，可以制作型腔带有精密表面图案的模具。
➢ 等离子弧工作环境可控，可使用还原性气体和惰性气体作为工作气 体，这样就能比较可靠地保护喷涂材料不被氧化。
对具有复杂精密图案的母体表面进行预处理，主要是在母体表面 生成一定厚度的氧化膜，以便于脱模。将要求的粉末材料（金属、陶 瓷、金属和陶瓷的复合粉末等）用等离子弧喷涂到母体表面，形成一 定厚度的喷涂层。用环氧树脂或其他低熔点金属材料填充喷涂层，使 喷涂层厚度和强度增加，再将母体和喷涂层脱离，即获得带精密图案 的凹模。用同样的方法制作凸模，再将凹模和凸模组合起来，即获得 一副完整的模具。
1
快速制造技术及应用
2 Chp3 服务内容
等离子喷 1.1 涂快速制
8
快速制造技术及应用
4 Chp3 服务内容
母体
表面预处理
等离子喷 涂
填充 脱 模
模
零
具
件
表面形貌相反
表面形貌相同
（a）
母体 工作模 表面预处 等离子喷 填充 脱模 模 零
理
涂
具件
表面形貌相反
表面形貌相同
（b） 图7-8 等离子喷涂快速制模工艺
5 Chp3 服务内容
等离子喷 1.2 涂快速制
模工艺
等离子喷涂快速制模过程如图7-9所示。等离子喷涂法制作凹模和 凸模的过程是相同的，下面只叙述凹模的制作过程。
等离子喷 1.3 涂快速制
模的特点
➢ 等离子弧的能量高度集中，温度可达万度以上，它不仅可以喷涂金 属粉末，也可以喷涂陶瓷粉末或金属与陶瓷的复合粉末，制作的模 具型腔表面性能优良。
➢ 由于等离子弧的流速大，粉末颗粒能获得较大功能，涂层致密性较 好，可以制作型腔带有精密表面图案的模具。
➢ 等离子弧工作环境可控，可使用还原性气体和惰性气体作为工作气 体，这样就能比较可靠地保护喷涂材料不被氧化。
对具有复杂精密图案的母体表面进行预处理，主要是在母体表面 生成一定厚度的氧化膜，以便于脱模。将要求的粉末材料（金属、陶 瓷、金属和陶瓷的复合粉末等）用等离子弧喷涂到母体表面，形成一 定厚度的喷涂层。用环氧树脂或其他低熔点金属材料填充喷涂层，使 喷涂层厚度和强度增加，再将母体和喷涂层脱离，即获得带精密图案 的凹模。用同样的方法制作凸模，再将凹模和凸模组合起来，即获得 一副完整的模具。
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快速制造技术及应用
2 Chp3 服务内容
等离子喷 1.1 涂快速制
等离子喷涂
11
(四) 大气等离子喷涂设备组成
2
3 1 4 5
6 7
8
9
10
图等离子喷涂设备组成示意图 1-冷却水;2-电源;3-控制设备;4-粉末输送设备;5-喷枪;6-等离子焰流;7-工件 ;8-工作气体;9-粉末输送气体;10-电、工作气体、冷却水输入
辅助设备包括喷涂柜，通风除尘装置，带动喷枪及工件运动的机 械装置等。喷涂设备应置于有隔音效果的喷涂室内。喷涂室内还 应有供给压缩空气的管道，在喷涂操作时作冷却气体及向防护头 盔供给新鲜空气。
14
(四) 大气等离子喷涂
（1）基体表面的清洁 1）基体表面油污、氧化膜的清除 基体表面的油污等可以采用氢氧化钠、碳酸钠、丙酮、乙 醇、汽油、三氯化乙烯和过氯乙烷乙烯等溶液，将基体表面的油 污溶解，再加以清除，也可以采用三氯乙烯蒸汽进行清洗，但三 氯乙烯对人体有害。 对于疏松基体的油污去除，需要将其加热到250℃左右， 尽量使渗透到疏松孔中的油污渗出表面，然后再将其清除。 2）基体表面氧化膜的处理 可以采用机械加工的方法，也可以硫酸或盐酸进行酸洗。 （2）基体表面的粗化处理 对基体进行粗化处理，可以提高涂层与基体的结合面积， 提高涂层与基体结合强度，因而粗化处理的效果好坏直接影响到 基层与涂层的结合强度。
自由 电弧
压缩 电弧
电弧燃烧不受任何约束，温度一般在5000~6000K 电弧燃烧由于冷却喷嘴的拘束作用而存在机械压 缩效应、热压缩效应、自磁压缩效应。电弧温度可达 4 3×104K
(一) 等离子弧组成
等离子弧可划分为阴极和阴极区、弧柱区、阳极 和阳极区三个部分，如图所示。 （1）阴极和阴极区 等离子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。其电流密度 高达103~106A/cm2。阴极区是指靠近阴极电场强度 很强的区域，其距阴极约为10-4cm。电位梯度大。
(四) 大气等离子喷涂设备组成
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3 1 4 5
6 7
8
9
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图等离子喷涂设备组成示意图 1-冷却水;2-电源;3-控制设备;4-粉末输送设备;5-喷枪;6-等离子焰流;7-工件 ;8-工作气体;9-粉末输送气体;10-电、工作气体、冷却水输入
辅助设备包括喷涂柜，通风除尘装置，带动喷枪及工件运动的机 械装置等。喷涂设备应置于有隔音效果的喷涂室内。喷涂室内还 应有供给压缩空气的管道，在喷涂操作时作冷却气体及向防护头 盔供给新鲜空气。
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(四) 大气等离子喷涂
（1）基体表面的清洁 1）基体表面油污、氧化膜的清除 基体表面的油污等可以采用氢氧化钠、碳酸钠、丙酮、乙 醇、汽油、三氯化乙烯和过氯乙烷乙烯等溶液，将基体表面的油 污溶解，再加以清除，也可以采用三氯乙烯蒸汽进行清洗，但三 氯乙烯对人体有害。 对于疏松基体的油污去除，需要将其加热到250℃左右， 尽量使渗透到疏松孔中的油污渗出表面，然后再将其清除。 2）基体表面氧化膜的处理 可以采用机械加工的方法，也可以硫酸或盐酸进行酸洗。 （2）基体表面的粗化处理 对基体进行粗化处理，可以提高涂层与基体的结合面积， 提高涂层与基体结合强度，因而粗化处理的效果好坏直接影响到 基层与涂层的结合强度。
自由 电弧
压缩 电弧
电弧燃烧不受任何约束，温度一般在5000~6000K 电弧燃烧由于冷却喷嘴的拘束作用而存在机械压 缩效应、热压缩效应、自磁压缩效应。电弧温度可达 4 3×104K
(一) 等离子弧组成
等离子弧可划分为阴极和阴极区、弧柱区、阳极 和阳极区三个部分，如图所示。 （1）阴极和阴极区 等离子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。其电流密度 高达103~106A/cm2。阴极区是指靠近阴极电场强度 很强的区域，其距阴极约为10-4cm。电位梯度大。
等离子热喷涂
处理及焊接或切割较薄的金属或非金属。等离子喷涂 采用的就是此类非转移弧。
（2）等离子热喷涂
等离子喷涂是采用刚性非转移型等离子弧为 热源, 将欲喷涂粉末材料加热到熔融或半熔 融状态，在经过高速焰流将其雾化加速喷射 到经预处理的工件表面，形成喷涂涂层的一 种热喷涂表面加工方法。
(3)、等离子喷涂的主要特点
1)喷涂过程对基体的热影响小,零件无变形，不改变基
体金属的热处理性质。 2)涂层的种类多。等离子焰流的温度高，可以将各种喷
涂材料加热熔融状态，因而可供等离子喷涂用的材
料非常广泛，可以得到多种性能的喷涂层。 3)工艺稳定，涂层质量高。等离子喷涂层与基体金属的 法向结合强度通常为40～70MPa。涂层孔隙率3~5%。 4) 涂层平整光滑,可精确控制厚度。
2）等离子喷涂：由于等离子喷涂的涂层结 合力通常在40～70MPa之间，很难解决磨 蚀问题，但这一结合力可以很好的解决气蚀 问题，可以对水轮机叶片受沙石冲击面采用 煤油超音速喷涂，以解决磨蚀问题，对于叶 片的背面（以气蚀为主的面）采用等离子超 音速喷涂以解决气蚀问题。这样可以很好的 解决各自的主要问题，并且可以降低成本， 这是由于等离子喷涂的成本只是煤油超音速 喷涂成本的1/3。
(1)对等离子喷涂的陶瓷涂层进行封孔理。 (2)等离子射流中温度场和速度场分布的实 验数据和理论分析的比较还有一定困难。 (3)涂层间的结合、涂层与基体的结合、气 孔率及未融粒子的控制等。
谢 谢！
(4)、等离子喷涂设备：
1)等离子喷枪；
2)电源及控制柜； 3)送粉器 4)热交换器
（5）、等离子喷涂技术的应用
1、耐磨涂层(水轮机中的气蚀问题)
2、耐腐蚀涂层 3、热障涂层 4、生物医学功能陶瓷涂层
（2）等离子热喷涂
等离子喷涂是采用刚性非转移型等离子弧为 热源, 将欲喷涂粉末材料加热到熔融或半熔 融状态，在经过高速焰流将其雾化加速喷射 到经预处理的工件表面，形成喷涂涂层的一 种热喷涂表面加工方法。
(3)、等离子喷涂的主要特点
1)喷涂过程对基体的热影响小,零件无变形，不改变基
体金属的热处理性质。 2)涂层的种类多。等离子焰流的温度高，可以将各种喷
涂材料加热熔融状态，因而可供等离子喷涂用的材
料非常广泛，可以得到多种性能的喷涂层。 3)工艺稳定，涂层质量高。等离子喷涂层与基体金属的 法向结合强度通常为40～70MPa。涂层孔隙率3~5%。 4) 涂层平整光滑,可精确控制厚度。
2）等离子喷涂：由于等离子喷涂的涂层结 合力通常在40～70MPa之间，很难解决磨 蚀问题，但这一结合力可以很好的解决气蚀 问题，可以对水轮机叶片受沙石冲击面采用 煤油超音速喷涂，以解决磨蚀问题，对于叶 片的背面（以气蚀为主的面）采用等离子超 音速喷涂以解决气蚀问题。这样可以很好的 解决各自的主要问题，并且可以降低成本， 这是由于等离子喷涂的成本只是煤油超音速 喷涂成本的1/3。
(1)对等离子喷涂的陶瓷涂层进行封孔理。 (2)等离子射流中温度场和速度场分布的实 验数据和理论分析的比较还有一定困难。 (3)涂层间的结合、涂层与基体的结合、气 孔率及未融粒子的控制等。
谢 谢！
(4)、等离子喷涂设备：
1)等离子喷枪；
2)电源及控制柜； 3)送粉器 4)热交换器
（5）、等离子喷涂技术的应用
1、耐磨涂层(水轮机中的气蚀问题)
2、耐腐蚀涂层 3、热障涂层 4、生物医学功能陶瓷涂层
等离子喷涂技术PPT课件
高能等离子喷涂设备为喷枪提供了高的输入功率，使工作气体得到充分 的分解和电离，增加了等离子体的热焓值和三种压缩效应，从而提高了涂 层的结合强度和涂层的致密度。 • 2、发展高焓、高速等离子喷枪 在发展高能等离子喷涂设备的同时，必须使等离子喷枪的结构与其相适 应。
第29页/共32页
• 3、超细粉末的研制和超细粉末送粉器
AT13陶瓷层 650 37 60 50 50 2.5 100 800
喷涂步骤 1）Q235钢基体表面的粗化和净化：在喷涂前，用16#
刚玉砂对试样表面做喷砂处理，直到基体表面没有金属光 泽，然后用酒精清洗、烘干；
2）固定喷涂试样：由于等离子喷涂过程中等离子焰 流的吹力较大，喷涂前必须将试样固定在转台上粗化处理 基体表面的粗化处理是提高涂层与基体表面机械结合强度 的一个重要因素。常用方法有喷砂法、机械加工法、化学 腐蚀法等。常用的砂粒材料有冷硬铁砂、氧化铝砂、碳化硅 砂等。
4、基体表面的预热处理 在等离子喷涂过程中,涂层与基体之间的温度差比较大,
就会产生涂层收缩应力,从而引起开裂、剥落的不良后果。 因此,合理的选择和控制预热温度很重要,一般对基体表面 的预热温度在200-300℃之间。
•
超细粉末又称非自流粉末。超细粉末的粒度一般在
5~20微米之间，它的出现，大大的改善和提高了涂层的
质量。但是，这种粉末的流动性能很差，故称非自流粉
末。
• 4、等离子喷涂工艺过程的自动化
•
由于等离子喷涂工艺存在劳动条件差，操作过程中
出现高频噪声、紫外线和有害气体等缺陷。因此，必须
不断地提高等离子喷涂工艺过程的机械化和自动化程度
第11页/共32页
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。
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• 3、超细粉末的研制和超细粉末送粉器
AT13陶瓷层 650 37 60 50 50 2.5 100 800
喷涂步骤 1）Q235钢基体表面的粗化和净化：在喷涂前，用16#
刚玉砂对试样表面做喷砂处理，直到基体表面没有金属光 泽，然后用酒精清洗、烘干；
2）固定喷涂试样：由于等离子喷涂过程中等离子焰 流的吹力较大，喷涂前必须将试样固定在转台上粗化处理 基体表面的粗化处理是提高涂层与基体表面机械结合强度 的一个重要因素。常用方法有喷砂法、机械加工法、化学 腐蚀法等。常用的砂粒材料有冷硬铁砂、氧化铝砂、碳化硅 砂等。
4、基体表面的预热处理 在等离子喷涂过程中,涂层与基体之间的温度差比较大,
就会产生涂层收缩应力,从而引起开裂、剥落的不良后果。 因此,合理的选择和控制预热温度很重要,一般对基体表面 的预热温度在200-300℃之间。
•
超细粉末又称非自流粉末。超细粉末的粒度一般在
5~20微米之间，它的出现，大大的改善和提高了涂层的
质量。但是，这种粉末的流动性能很差，故称非自流粉
末。
• 4、等离子喷涂工艺过程的自动化
•
由于等离子喷涂工艺存在劳动条件差，操作过程中
出现高频噪声、紫外线和有害气体等缺陷。因此，必须
不断地提高等离子喷涂工艺过程的机械化和自动化程度
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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。
《应用等离子喷涂》PPT课件
NiCoCrAlYTa
表6-2
抗热障、抗高温氧化上常采用渗镀、磁控溅射、低压等离子喷涂 (LPPS)和阴极多弧镀技术和渗镀技术。还有封严、耐磨、减摩、阻燃、 润滑等涂层。如在叶片上早期渗镀Al-Cr，Al—Si，A1-Ti，用PVD法 在叶片上沉积.A1-Cr，.A1-Si，A1-Ti，20世纪80年代用PVD法沉积 MCr.A1Y一和用LPPS法喷涂NiCoCrAlYTa，NiCoCrAIYHt， NiCoCrAlYHfSi，NiCoCrAlYTaHf超合金涂层。现今已用 NiCoCrAlYTa六元超合金涂层装备了国产的战机，进一步提高了叶片 的抗氧化性能和抗热腐蚀的能力。还研制成功适用于450℃钛合金叶 片WC／Co耐磨涂层；适用于840℃以下涡轮机叶片、叶冠、涡轮后 机匣的CoNiCrW耐磨涂层；适用于350-1600℃的聚苯脂铝封严涂层， 镍包石墨封严涂层。根据不同使用环境特点，发动机部件涂覆大量的、 类型各异的涂覆层，甚至在一个关键零部件上，采用多种涂层。如在 钛合金压气机转子叶片、叶身上喷涂耐磨耐冲刷的涂层，而在榫头部 位电镀防粘防啮合的银镀层，在叶尖上用防钛燃烧的阻燃涂层。又如 在涡轮机叶片、叶身上用PVD法沉积MCr.A1Y。抗高温氧化粘结涂层， 再沉积Y2O3稳定的ZnO2陶瓷涂层，而榫头仅允许沉积厚度较薄，对 机械疲劳性不损伤的抗氧化涂层，叶尖那么喷涂抗氧化的高温耐磨封 严涂层等。今天波音飞机先进的起落架也已使用超音速火焰喷涂的 WC涂层，军机上用的钛合金传动轴花键、摩擦受力的关键部位都沉 积有类金刚石膜层。
6.2汽车工业中的应用
• 当今的现代汽车工业，充分利用各种外表技术，已使汽车 成为深受人们喜爱的、完美艺术的现代交通工具。
• 在汽车车身、底盘、电气设备、发动机、塑料件都在涂装 生产线上进展外表处理。
表6-2
抗热障、抗高温氧化上常采用渗镀、磁控溅射、低压等离子喷涂 (LPPS)和阴极多弧镀技术和渗镀技术。还有封严、耐磨、减摩、阻燃、 润滑等涂层。如在叶片上早期渗镀Al-Cr，Al—Si，A1-Ti，用PVD法 在叶片上沉积.A1-Cr，.A1-Si，A1-Ti，20世纪80年代用PVD法沉积 MCr.A1Y一和用LPPS法喷涂NiCoCrAlYTa，NiCoCrAIYHt， NiCoCrAlYHfSi，NiCoCrAlYTaHf超合金涂层。现今已用 NiCoCrAlYTa六元超合金涂层装备了国产的战机，进一步提高了叶片 的抗氧化性能和抗热腐蚀的能力。还研制成功适用于450℃钛合金叶 片WC／Co耐磨涂层；适用于840℃以下涡轮机叶片、叶冠、涡轮后 机匣的CoNiCrW耐磨涂层；适用于350-1600℃的聚苯脂铝封严涂层， 镍包石墨封严涂层。根据不同使用环境特点，发动机部件涂覆大量的、 类型各异的涂覆层，甚至在一个关键零部件上，采用多种涂层。如在 钛合金压气机转子叶片、叶身上喷涂耐磨耐冲刷的涂层，而在榫头部 位电镀防粘防啮合的银镀层，在叶尖上用防钛燃烧的阻燃涂层。又如 在涡轮机叶片、叶身上用PVD法沉积MCr.A1Y。抗高温氧化粘结涂层， 再沉积Y2O3稳定的ZnO2陶瓷涂层，而榫头仅允许沉积厚度较薄，对 机械疲劳性不损伤的抗氧化涂层，叶尖那么喷涂抗氧化的高温耐磨封 严涂层等。今天波音飞机先进的起落架也已使用超音速火焰喷涂的 WC涂层，军机上用的钛合金传动轴花键、摩擦受力的关键部位都沉 积有类金刚石膜层。
6.2汽车工业中的应用
• 当今的现代汽车工业，充分利用各种外表技术，已使汽车 成为深受人们喜爱的、完美艺术的现代交通工具。
• 在汽车车身、底盘、电气设备、发动机、塑料件都在涂装 生产线上进展外表处理。
实验1等离子喷涂PPT课件
（1）热压缩效应
由于水冷紫铜喷嘴孔道内壁温度很低，流经喷嘴内壁附近的气体受到冷 却，形成薄层冷气膜，其电离度很低，导电性差，迫使等离子弧集中流 过电离度高的中心部位，电弧受到冷却气流的压缩的现象。
（2）自磁压缩效应
电弧电流有一定的流向，弧柱相当于一束电流方向相同的平行导体。由 于平行导体间电磁力的相互作用，使弧柱各部位都受到指向弧柱轴线的 压缩力作用，弧柱直径进一步缩小。这种现象是由于电弧自身的磁场产 生的，故称为自磁压缩效应。
送粉气流推动粉末进入等离子射流后，被迅速加热和加速，形成熔融或 半熔融的粒子束，撞击到经预处理的基材表面，在基体表面流散、变形 、凝固，后来的熔融粒子又在先前凝固的粒子上层层叠压，形成涂层。
2. Application
等离子喷涂是热喷涂的一个重要分支，特点是火焰流温度高，能熔化几 乎所有材料，因而喷涂用材广泛。
可采用等离子喷涂的方法制备各种具有耐磨、耐腐蚀、耐热、耐氧化、 导电、绝缘等优异性能的涂层，操作简便、速度快、效率高。
适用于各种基体，对金属和非金属的表面均可进行喷涂。 喷涂零件的尺寸范围宽，既可作大面积的喷涂，也可对大型构件做局部
喷涂；既可用于产品制造，也可用于旧件修复等。 制备的涂层孔隙率及结合强度均优于常规的火焰喷涂，尤其对制备高熔
（3）机械压缩效应
等离子是通过等离子喷枪的喷嘴喷射出来，水冷紫铜喷嘴孔径的大小限 制了等离子弧弧柱的直径大小。喷嘴孔径越小，孔道越长，对弧柱的压 缩越强，弧柱直径越小，这种对弧柱的压缩现象称为机械压缩效应。
➢等离子弧几种作用形式：
（1）非转移型弧。喷嘴接电源正极，钨极接电源负极， 电弧建立在钨极和喷嘴内表面之间，等离子焰流从喷嘴内 喷出，可用于喷涂、切割等。
2．微电子工业
热喷涂、喷焊与堆焊技术PPT演示文稿
涂层材料必须满足设计特性；
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
2 涂层材料具有良好的物理性能；
与基体或结合底层有良好的性能匹配。 27
3 涂层材料具有良好的稳定性；
17
火焰粉末喷涂设备
④ 爆炸喷涂
这是一种将燃气和助燃 气按一定比例进行混合 后，送入燃爆室内点燃 爆炸，产生的高温、高 速气流将粉末喷射到工 作表面形成涂层的方法
19
⑤ 高速火焰喷涂
该方法将燃烧火 焰约束在枪体内 部，火焰温度高， 对粒子加热时间 长，焰流速可达 1050 m/s。因此 涂层甚至比等离 子喷涂层更细密， 氧化物含量更低， 涂层结合强度约 为70 Mpa。噪 音大。
原因
1）喷焊材料需能够润湿基材；
2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度；
3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏；
4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包
括基材和粉末）
35
C) 热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多；
３. 涂层材料
•热喷涂材料最好有较宽的液相区；
较宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相。
•对喷涂材料的形状与尺寸也有要求；
一般是线材或粉末材料。线材的规格一般在 φ1~3mm，而粉末1~100μm之间。
7
4. 涂层形成过程
涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却 凝固→形成涂层。
其中涂层材料的加热、加速和凝固 过程是三个最主要的方面。
被喷涂的材料必须满足对热喷涂涂层使用 功能特性的基本要求，如耐磨、耐蚀、耐 高温、抗氧化、可磨耗密封、自润滑、热 辐射、导电、绝缘及超导等。
2 涂层材料具有良好的物理性能；
与基体或结合底层有良好的性能匹配。 27
3 涂层材料具有良好的稳定性；
17
火焰粉末喷涂设备
④ 爆炸喷涂
这是一种将燃气和助燃 气按一定比例进行混合 后，送入燃爆室内点燃 爆炸，产生的高温、高 速气流将粉末喷射到工 作表面形成涂层的方法
19
⑤ 高速火焰喷涂
该方法将燃烧火 焰约束在枪体内 部，火焰温度高， 对粒子加热时间 长，焰流速可达 1050 m/s。因此 涂层甚至比等离 子喷涂层更细密， 氧化物含量更低， 涂层结合强度约 为70 Mpa。噪 音大。
原因
1）喷焊材料需能够润湿基材；
2）必须与基材相容，即它们在液相和固 相下必须有一定的溶解度；
3）基材的熔点应高于喷焊材料的熔点， 否则易导致基材塌陷或损坏；
4）喷焊材料在凝固结晶过程中应不会产 生热裂纹，或使基材热影响区产生裂纹。
因此，热喷焊工艺只能适合于一些特定的金属材料（包
括基材和粉末）
35
C) 热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大得多；
３. 涂层材料
•热喷涂材料最好有较宽的液相区；
较宽的液相区可以使熔滴在较长时间内保持液相。
•对喷涂材料的形状与尺寸也有要求；
一般是线材或粉末材料。线材的规格一般在 φ1~3mm，而粉末1~100μm之间。
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4. 涂层形成过程
涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却 凝固→形成涂层。
其中涂层材料的加热、加速和凝固 过程是三个最主要的方面。
等离子体表面技术及应用报告.ppt
精选
等离子外表技术的应用
• 改变材料外表浸润性
精选
• 左图，PTFE，聚四氟乙烯外表的疏水性
等离子外表技术的应用
左图中是一个展示用的用等离 子体技术只处理一半的聚四氟 乙烯〔PTFE〕 填料环。稍一淋水就可以看到 处理的右一半挂上了均匀水膜， 而且它很稳 定，不破裂，不收缩，最后直 至水份蒸发干；没处理的左一 半挂上的水在 几秒只内就收缩成一些水滴。
精选
等离子外表技术的应用
• 改善复合材料粘附性
•
外表能低,浸润性差是聚合物材料的一大特
点, 但在复合材料、印刷、涂层、粘接、印染等生
产领域都需要材料外表具有良好的浸润性和粘附
性能。而等离子体技术可以在不损害基材本体优 良性能的同时在外表引入极性基团, 提高外表能和 浸润性。氟塑料，包括PTFE，PVDF，PFA, FEP是很难粘结的高分子材料，利用等离子体技
• 3. 等离子体种类 • 1〕 高温等离子体和低温等离子体。在
低压体气的场合产生的等离子体称为低温 等离子体；气体处于高压状态并从外界获 得大量能量，得到的等离子体称为高温等 离子体。由于高温等离子体对物体外表的 作用过于强强烈，因此在实际应用中很少 使用，目前投入使用的只有低温等离子体。
• 2〕 活泼气体和不活泼气体等离子体。 根据产生等离子体时精应选 用的气体的化学性
3、医用领域：修复学上移植物的外表预处理，增强其浸润性、粘附性和 相容性，医疗器械的消 毒和杀菌
4、改善粘接光学元件、光纤、生物医学材料、宇航材料等所用胶水的粘 和力
5、去除金属材料外表的氧化物
6、使玻璃、塑料、陶瓷、高聚合物等材料外表活化，增强其外表粘附性、
浸润性、相容性
精选
7、高分子材料外表修饰
等离子外表技术的应用
• 改变材料外表浸润性
精选
• 左图，PTFE，聚四氟乙烯外表的疏水性
等离子外表技术的应用
左图中是一个展示用的用等离 子体技术只处理一半的聚四氟 乙烯〔PTFE〕 填料环。稍一淋水就可以看到 处理的右一半挂上了均匀水膜， 而且它很稳 定，不破裂，不收缩，最后直 至水份蒸发干；没处理的左一 半挂上的水在 几秒只内就收缩成一些水滴。
精选
等离子外表技术的应用
• 改善复合材料粘附性
•
外表能低,浸润性差是聚合物材料的一大特
点, 但在复合材料、印刷、涂层、粘接、印染等生
产领域都需要材料外表具有良好的浸润性和粘附
性能。而等离子体技术可以在不损害基材本体优 良性能的同时在外表引入极性基团, 提高外表能和 浸润性。氟塑料，包括PTFE，PVDF，PFA, FEP是很难粘结的高分子材料，利用等离子体技
• 3. 等离子体种类 • 1〕 高温等离子体和低温等离子体。在
低压体气的场合产生的等离子体称为低温 等离子体；气体处于高压状态并从外界获 得大量能量，得到的等离子体称为高温等 离子体。由于高温等离子体对物体外表的 作用过于强强烈，因此在实际应用中很少 使用，目前投入使用的只有低温等离子体。
• 2〕 活泼气体和不活泼气体等离子体。 根据产生等离子体时精应选 用的气体的化学性
3、医用领域：修复学上移植物的外表预处理，增强其浸润性、粘附性和 相容性，医疗器械的消 毒和杀菌
4、改善粘接光学元件、光纤、生物医学材料、宇航材料等所用胶水的粘 和力
5、去除金属材料外表的氧化物
6、使玻璃、塑料、陶瓷、高聚合物等材料外表活化，增强其外表粘附性、
浸润性、相容性
精选
7、高分子材料外表修饰
等离子表面处理技术发展及应用ppt
第十四页，共五十六页。
3 等离子外表(wàibiǎo)强化方式
〔2〕外表(wàibiǎo)熔凝硬化
等离子束流(shù
liú)
快速扫描工件
外表形成 熔池
依靠工件自身冷却和 向空气散热快速凝固
硬化效果显著，但硬化层的形成过程中，发生了液态到固态的转变， 产生铸造缺陷的可能性增加。此外，熔凝硬化层因凝固反响而突起， 采用该种硬化方式处理的工件，一般需经过珩磨前方可使用，增加 了制造工序和本钱。〔适于铸铁和高合金钢〕
等离子束外表处理(chǔlǐ)技术及应用
材料科学与工程教研室 2021-01-15
第一页，共五十六页。
等离子束外表处理技术(jìshù)简介
断裂
磨损(mó
sǔn)
腐蚀
机械零部件失效
为满足(mǎnzú)外表耐磨性能和耐腐蚀性能
外表改性处理
第二页，共五十六页。
等离子束外表处理(chǔlǐ)技术简介
传统外表(wàibiǎo)改性技术
(qiánghuà)
基体(jī tǐ)材料： 碳钢：Q235、20、45、16Mn 合金钢：40Cr、Cr12MoV、H13、304、316L、1Cr18Ni9Ti、
2Cr13 ； 铸铁：HT200、QT600、合金铸铁； 有色金属合金：Al合金、Ti 合金
第十七页，共五十六页。
3 等离子外表强化(qiánghuà)方式
熔覆材料：
铁基合金粉末：熔覆层具有优良的耐磨性，但脆性较大 铁铬硅硼合金粉末：50HRC以上，适用(shìyòng)于铁路钢轨的修 补,以及石油钻探、农机部件、建筑和矿山机械等抗磨损零件 的强化和修复。
第十九页，共五十六页。
3 等离子外表(wàibiǎo)强化方式
等离子喷涂技术34页PPT
节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
等离子喷涂技术
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
等离子喷涂技术
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
等离子喷射技术47页PPT
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
等离子喷射技术
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
பைடு நூலகம் 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
等离子喷射技术
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
பைடு நூலகம் 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
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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。
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。
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
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
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。
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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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
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