(完整版)等离子喷涂解析
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❖ 在结构上，连接拖带的只有两根电缆和气管水管，所以 可以方便地装在机器手上，完成各种任务。如果作简单 的等离子体喷涂工作，有时工人就直接握在手里进行工 作。
热等离子体表面处理技术
等离wk.baidu.com喷涂
等离子喷涂的原理是: ❖ 气体进入电极腔内,被电弧加热离化电子和离子
的平衡混合物,形成等离子体； ❖ 通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离
子流； ❖ 喷涂粉末颗粒被加热熔化,有时还与等离子体发
生复杂的化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷 射到基体上,快速冷却,形成沉积层。
❖ 等离子喷涂是集熔化—雾化—快淬—固结等工 艺于一体的粉末固结方法,形成的组织致密,晶 粒细小。
❖ 由于等离子束流的高温作用,等离子喷涂特别 适合于喷涂难熔金属、陶瓷和复合材料涂层。
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。
❖ 目前,等离子喷涂技术方面取得的最重要的进 步之一是，在工业领域引进了三阴极喷涂系统。 其技术核心是等离子喷枪有3 个阴极和由几个 被绝缘的环体串联组成的喷嘴组成,只有离阴 极相对远的最后一个环体作为阳极工作。
Plasma Spray
❖ Thermal spray method in which a plasma jet is created by striking an arc between an anode and a cathode with a gas flowing through it. A material (feedstock) is then introduced into the plasma jet where it is highly energized, melted to a molten state and projected onto the substrate of the part being coated.
在医疗器械方面的应用
❖ 在生物医用方面，常采用等离子喷涂HA、 生物活性玻璃等涂层、氧化钛、氧化锆 等涂层,用于牙根种植体和人工关节柄部 等医疗器械的表面改性，提高植入体与 骨组织的结合强度。
❖ 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.
等离子体喷涂原理示意图
❖ 在圆锥形的阴极电极和圆筒形的阳极电极间打出电弧(电 流约几十至几百安培)，由阴极后方导入的气体(通常是 惰性气体氩气，Ar), 立即被电弧的高温激发，变成等离 子体， 从圆筒形的阳极电极的远阴极的洞口喷出， 形 成等离子体火焰的射流(plasma jet)。
❖ 圆锥形的阴极通常用难熔金属钨制造，而阳极为铜。因 为电弧的根产生在阳极上，阳极电极需要强制水冷。
低温等离子体应用
热等离子体应用
❖ 高温加热
冶金、焊接、切割
❖ 材料合成、加工
陶瓷烧结、喷涂、三废处理
❖ 光源
强光源
❖ 1、等离子体喷涂概念及原理 ❖ 2、等离子喷涂的应用（包括医疗器械） ❖ 3、等离子喷涂技术
1、等离子体喷涂的概念
等离子喷涂是利用等离子焰流为热源 的热喷涂，利用等离子体枪产生的等离子 体流将粉末加热和加速，在熔融或接近熔 融的状态下喷向基体材料表面形成涂层。 等离子弧产生的温度高达16000℃，喷流速 度达300-400m/s，因而可以喷涂各种高熔 点、耐磨、耐热涂层。
等离子体喷涂 Plasma spray
等离子体分类
极光、日光灯
冷等离子体
电弧、碘钨灯
热等离子体
聚变、太阳核心
低温
高温
等离子体 100000C 等离子体
电子温度
1eV
冷等离子体应用
❖ 等离子体的化学过程
刻蚀 化学气相沉积（成膜）
❖ 等离子体材料处理
表面改性 表面冶金
❖ 光源
冷光源（节能）
The plasma spray process offers a broad base of materials (powders) including metals, ceramics, polymers and composites.
Plasma Spray Process
•Complete melting of the particle is critical for uniform coating • Residual stress due to uneven thermal expansion is important
热等离子体表面处理技术
等离wk.baidu.com喷涂
等离子喷涂的原理是: ❖ 气体进入电极腔内,被电弧加热离化电子和离子
的平衡混合物,形成等离子体； ❖ 通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离
子流； ❖ 喷涂粉末颗粒被加热熔化,有时还与等离子体发
生复杂的化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷 射到基体上,快速冷却,形成沉积层。
❖ 等离子喷涂是集熔化—雾化—快淬—固结等工 艺于一体的粉末固结方法,形成的组织致密,晶 粒细小。
❖ 由于等离子束流的高温作用,等离子喷涂特别 适合于喷涂难熔金属、陶瓷和复合材料涂层。
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。
❖ 目前,等离子喷涂技术方面取得的最重要的进 步之一是，在工业领域引进了三阴极喷涂系统。 其技术核心是等离子喷枪有3 个阴极和由几个 被绝缘的环体串联组成的喷嘴组成,只有离阴 极相对远的最后一个环体作为阳极工作。
Plasma Spray
❖ Thermal spray method in which a plasma jet is created by striking an arc between an anode and a cathode with a gas flowing through it. A material (feedstock) is then introduced into the plasma jet where it is highly energized, melted to a molten state and projected onto the substrate of the part being coated.
在医疗器械方面的应用
❖ 在生物医用方面，常采用等离子喷涂HA、 生物活性玻璃等涂层、氧化钛、氧化锆 等涂层,用于牙根种植体和人工关节柄部 等医疗器械的表面改性，提高植入体与 骨组织的结合强度。
❖ 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.
等离子体喷涂原理示意图
❖ 在圆锥形的阴极电极和圆筒形的阳极电极间打出电弧(电 流约几十至几百安培)，由阴极后方导入的气体(通常是 惰性气体氩气，Ar), 立即被电弧的高温激发，变成等离 子体， 从圆筒形的阳极电极的远阴极的洞口喷出， 形 成等离子体火焰的射流(plasma jet)。
❖ 圆锥形的阴极通常用难熔金属钨制造，而阳极为铜。因 为电弧的根产生在阳极上，阳极电极需要强制水冷。
低温等离子体应用
热等离子体应用
❖ 高温加热
冶金、焊接、切割
❖ 材料合成、加工
陶瓷烧结、喷涂、三废处理
❖ 光源
强光源
❖ 1、等离子体喷涂概念及原理 ❖ 2、等离子喷涂的应用（包括医疗器械） ❖ 3、等离子喷涂技术
1、等离子体喷涂的概念
等离子喷涂是利用等离子焰流为热源 的热喷涂，利用等离子体枪产生的等离子 体流将粉末加热和加速，在熔融或接近熔 融的状态下喷向基体材料表面形成涂层。 等离子弧产生的温度高达16000℃，喷流速 度达300-400m/s，因而可以喷涂各种高熔 点、耐磨、耐热涂层。
等离子体喷涂 Plasma spray
等离子体分类
极光、日光灯
冷等离子体
电弧、碘钨灯
热等离子体
聚变、太阳核心
低温
高温
等离子体 100000C 等离子体
电子温度
1eV
冷等离子体应用
❖ 等离子体的化学过程
刻蚀 化学气相沉积（成膜）
❖ 等离子体材料处理
表面改性 表面冶金
❖ 光源
冷光源（节能）
The plasma spray process offers a broad base of materials (powders) including metals, ceramics, polymers and composites.
Plasma Spray Process
•Complete melting of the particle is critical for uniform coating • Residual stress due to uneven thermal expansion is important