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热喷涂——等离子喷涂
等离子喷涂属于热喷涂技术, 它是将粉末材料送入等离子体 (射频放电) 中或等离子射
流(直流电弧)中,使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后,在冲击力的作用下,在基
底上铺展并凝固形成层片, 进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。 它具有生产效率高,
制备的涂层质量好,喷涂的材料范围广,成本低等优点。因此,近几十年来,其技术进步和
生产应用发展很快,己成为热喷涂技术的最重要组成部分。
一、原理
等离子喷涂是通过等离子喷枪来实现的, 喷枪的喷嘴和电极分别接电源的正负极。 喷嘴
和电极之间通入工作气体, 借助高频火花引燃电弧。 电弧讲气体加热并使之电离, 产生等离
子弧, 气体热膨胀由喷嘴喷出告诉等离子流。 送粉气管将粉末送入等离子射流中, 被加热到
熔融状态,并被等离子射流加速,以一定的速度喷射到经预处理基体表面形成涂层。
二、涂层和工艺技术特点
1、 涂层结构特性
等离子喷涂涂层组织细密, 氧化物含量和孔隙率较低, 涂层与基体间的结合以及涂层
粒子间的结合形式除以机械结合为主外, 还可产生微区结合和物理结合, 涂层结合强度较
高。
2、 工艺技术特点
喷涂材料应用广泛,从低熔点的铝合金到高熔点的氧化锆都可以喷涂。 ;涂层结合强
度高,孔隙率低、氧化物夹杂少;设备控制精度高,可以制备精细涂层。
三、主要工艺参数
1、 等离子气体的选用。
国内一般选用担当起或氩气作为等离子喷涂的主气, 用氢气作为辅助气体。 喷涂高熔
点材料如 ZrO
2
、 Al 2O 3 、 W 等,主气应选氮气并混加少量氢气。
2、 送分量
送分量的大小是影响涂层组织结构和沉积效率的重要参数, 若送粉量过大, 不仅降低
粉末沉积效率, 还会增加涂层中孔洞和未熔融粒子的数量, 导致涂层质量下降。 若送分量
过小,除增大喷涂成本外,还可能造成零件过热,涂层开裂等不良后果。
四、等离子喷涂技术的应用
等离子喷涂技术在耐磨涂层、 耐蚀涂层等传统领域的应用已经较为广泛, 从上世纪 50 年
代至今,其应用领域由航空、航天扩展到了钢铁工业、汽车制造、石油化工、纺织机械、船
舶等领域。 近年来等离子喷涂技术在高新技术领域如纳米涂层材料、 梯度功能材料、 超导涂
层、生物功能涂层等方面的应用研究渐渐受到人们的重视。
1、纳米涂层材料
Zhu 等采用真空等离子喷涂制备了纳米 WC/Co 涂层。 发现涂层硬度、 韧性和耐磨性较常
规涂层都有较大的改善,在 40~60 N 载荷下,纳米 WC/ Co涂层磨损率仅为常规涂层的 1/ 6。
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Connecticut 大学等对等离子喷涂纳米结构 Al 2O-TiO
2
系涂层进行了系统的研究,  包括纳米
粉末喷雾干燥团聚重构、 等离子喷涂工艺参数优化、 工艺诊断、 模拟以及涂层结构与性能的
分析, 表明涂层具有双态显微结构, 表现出独特的优异性能。 与对应的常规涂层相比, 结合
强度增强 100 %,磨粒磨损抗力提高 300 %,压痕开裂抗力、弯曲和杯突试验表现的剥落抗力
要高得多。中国上海硅酸盐研究所祝迎春等人研究了等离子喷涂过程中纳米 TiO2 的结构变
化和粒子注入特性。研究发现, TiO 2 纳米颗粒由无定型转化为锐钛矿结构和金