等離子噴涂技術(shù)簡(jiǎn)介及其應(yīng)用前景

1、1等離子噴涂技術(shù)等離子噴涂技術(shù)Plasma Spraying TechnologyPlasma Spraying Technology2主要內(nèi)容主要內(nèi)容v等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹v等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)v等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)v等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用v問(wèn)題及展望問(wèn)題及展望3等離子噴涂技術(shù)介紹等離子噴涂技術(shù)介紹 熱噴涂技術(shù)是表面工程學(xué)的重要組成部分，它是一種材 料表面強(qiáng)化和表面改性的技術(shù)，可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。 熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù) 熱噴涂過(guò)程是采用氣體、液體燃料或電弧、等離子弧作為熱源，將

2、陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并以高速噴向經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法。 4 熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)熱噴涂的工藝方法有很多種，根據(jù)加熱源的不同可分為：火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂( APS) 、爆炸噴涂等離子噴涂技術(shù)介紹等離子噴涂技術(shù)介紹5 等離子噴涂技術(shù)等離子噴涂技術(shù) 等離子噴涂是利用等離子火焰等離子火焰來(lái)加熱熔化噴涂粉末使之形成涂層的熱噴涂方法。等離子體：等離子體：自然界物質(zhì)的第四態(tài)等離子體。當(dāng)氣體電離度大于0.1%時(shí)，正離子和電子數(shù)量增多且相等，其空間電荷為零，呈中性狀態(tài)，處于這種狀態(tài)下的氣體稱(chēng)為等離子體等離子噴涂工作氣體常用Ar 或N2，再加入5%

3、10% 的H2，氣體進(jìn)入電極腔的弧狀區(qū)后，被電弧加熱離解形成等離子體，其溫度可達(dá)15000 以上。等離子噴涂技術(shù)介紹等離子噴涂技術(shù)介紹6 等離子噴涂原理示意圖等離子噴涂原理示意圖等離子噴涂原理示意圖等離子噴涂原理示意圖等離子噴涂技術(shù)介紹等離子噴涂技術(shù)介紹7 等離子噴涂設(shè)備組成等離子噴涂設(shè)備組成等離子噴涂技術(shù)介紹等離子噴涂技術(shù)介紹8 等離子噴涂設(shè)備組成：等離子噴涂設(shè)備組成：（1）整流主電源 噴涂用的整流電源是向噴槍供給電能的裝置，其外特性、動(dòng)特性及供電參數(shù)都應(yīng)滿足噴槍產(chǎn)生等離子弧的要求。等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹9 （2）控制柜 控制柜的主要作用是控制向等 離子噴槍供應(yīng)冷卻水、工作氣、 送粉氣

4、、工作電流及調(diào)頻電流，能方便地調(diào)節(jié)水、氣和電參數(shù)等并加以顯示。等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹10 等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹 （3）噴槍 核心裝置。噴槍產(chǎn)生高溫、高速等離子火焰，粉末經(jīng)送粉器被送入等離子焰中經(jīng)過(guò)熔化加速過(guò)程最終噴射到東奔基材表面。由陰極、噴嘴（陽(yáng)極）、朝氣道與氣室、送粉器、水冷密封、絕緣體及槍體構(gòu)成。11等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹 （4）送粉器 貯存和向噴槍供給粉末的裝置。送粉器的是向等離子噴槍均勻、定量地輸送噴涂粉末。對(duì)送粉器的主要技術(shù)要求是送粉量準(zhǔn)確度高、送粉量調(diào)節(jié)方便，以及對(duì)粉末粒度的適應(yīng)范圍廣等。12等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹 （5）水冷系統(tǒng) 水冷系統(tǒng)是向噴槍供給一

5、定壓力和足夠流量冷卻水的裝置，供水裝置包括增壓水泵和熱交換器。13等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹 （6）氣體供給系統(tǒng) 供氣系統(tǒng)包括工作氣和送粉器的供氣系統(tǒng)，主要由氣瓶、減壓閥、儲(chǔ)氣筒、流量計(jì)等 組成。儲(chǔ)氣瓶減壓閥流量計(jì)14主要內(nèi)容主要內(nèi)容v等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹v等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)v等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)v等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用v問(wèn)題及展望問(wèn)題及展望15等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)等離子噴涂技術(shù)分類(lèi) 根據(jù)工作介質(zhì)的不同，可分為：根據(jù)工作介質(zhì)的不同，可分為：氣體穩(wěn)定等離子噴涂氣體穩(wěn)定等離子噴涂和和液體穩(wěn)定等離子噴涂液體穩(wěn)定等離子噴涂。16 (1)大氣等離子

6、噴涂大氣等離子噴涂 大氣等離子噴涂是用大氣等離子噴涂是用Ar、N2、H2作為離子氣，經(jīng)電離作為離子氣，經(jīng)電離產(chǎn)生等離子高溫射流，將輸入的材料熔化或熔融噴射到產(chǎn)生等離子高溫射流，將輸入的材料熔化或熔融噴射到工件表面形成涂層的方法。大氣等離子噴涂主要用于制工件表面形成涂層的方法。大氣等離子噴涂主要用于制備金屬陶瓷、金屬和陶瓷涂層。備金屬陶瓷、金屬和陶瓷涂層。等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)PRAXAIR 大氣等離子噴涂系統(tǒng)大氣等離子噴涂系統(tǒng)17 (2)可控氣氛等離子噴涂可控氣氛等離子噴涂 等離子噴槍置于等離子噴槍置于密封艙室內(nèi)密封艙室內(nèi)，可形成各種，可形成各種不同的氣氛。不同的氣氛。等離子焰流

7、加長(zhǎng)，粒子加熱更充分，氧化減少，涂層的等離子焰流加長(zhǎng)，粒子加熱更充分，氧化減少，涂層的質(zhì)量可以得到明顯改善，并且擴(kuò)大了熱噴涂在沉積金剛質(zhì)量可以得到明顯改善，并且擴(kuò)大了熱噴涂在沉積金剛石膜、超導(dǎo)體氧化物涂層方面的應(yīng)用。石膜、超導(dǎo)體氧化物涂層方面的應(yīng)用。 (3)反應(yīng)等離子噴涂反應(yīng)等離子噴涂 在熱等離子源中，反應(yīng)物在熱等離子源中，反應(yīng)物( 粉末狀顆粒粉末狀顆粒) 和反應(yīng)氣體進(jìn)和反應(yīng)氣體進(jìn)入等離子焰流中，并在噴射向基體的過(guò)程中，顆粒表面入等離子焰流中，并在噴射向基體的過(guò)程中，顆粒表面形成化合物，到達(dá)工件表面和其它材料的顆粒產(chǎn)生化學(xué)形成化合物，到達(dá)工件表面和其它材料的顆粒產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成涂層。反應(yīng)形成涂

8、層。 制造復(fù)合材料、陶瓷、金屬間化合物等材料涂層，如制造復(fù)合材料、陶瓷、金屬間化合物等材料涂層，如TiAl、Ti-TiC、Ti-TiN、Mo-MoSi2等。等。等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)18 (4)超音速等離子噴涂超音速等離子噴涂 普通等離子噴涂粒子的飛行速度約普通等離子噴涂粒子的飛行速度約200 m/s，而超音速等，而超音速等離子噴涂粒子速度可達(dá)離子噴涂粒子速度可達(dá)400 600 m/s。 涂層更加致密，涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和結(jié)合強(qiáng)度更高。涂層更加致密，涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度和結(jié)合強(qiáng)度更高。 (5)液穩(wěn)等離子噴涂液穩(wěn)等離子噴涂 工作介質(zhì)為氣體時(shí)，等離子弧空腔溫度很高，內(nèi)壁受溫工作介質(zhì)為氣體時(shí)，等

9、離子弧空腔溫度很高，內(nèi)壁受溫度的限制，難于提供再高的溫度。度的限制，難于提供再高的溫度。 水穩(wěn)等離子弧則靠室壁蒸發(fā)而形成的，能夠提供更高的水穩(wěn)等離子弧則靠室壁蒸發(fā)而形成的，能夠提供更高的溫度。目前，市場(chǎng)上可提供的水穩(wěn)等離子噴涂設(shè)備，其溫度。目前，市場(chǎng)上可提供的水穩(wěn)等離子噴涂設(shè)備，其功率可達(dá)功率可達(dá)120 200 kW，最高溫度可達(dá)，最高溫度可達(dá)50 000 。等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)哈爾濱焊材所向?yàn)蹩颂m引進(jìn)的設(shè)備19等離子噴涂應(yīng)用比例：等離子噴涂應(yīng)用比例：熱噴涂方法熱噴涂方法1960年年1980年年2000年年絲材火焰噴35114粉末火焰噴35288絲材電弧噴15615等離子噴15

10、5548高速火焰噴涂-25等離子噴涂具有哪些優(yōu)異的特性呢？等離子噴涂具有哪些優(yōu)異的特性呢？等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)20 （1 1）可以獲得各項(xiàng)性能的涂層）可以獲得各項(xiàng)性能的涂層 等離子噴涂火焰溫度極高、速度極快，幾乎可以熔化并噴涂任何材料。且形成的涂層具有結(jié)合強(qiáng)度較高、孔隙率低且噴涂效率高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 （2）涂層氧化物和雜質(zhì)含量少）涂層氧化物和雜質(zhì)含量少 由于使用惰性氣體作為工作氣體，所以噴涂材料不易氧化。與電鍍、電刷、滲碳、滲氮相比，等離子噴涂層更厚、更硬、更具防腐效果等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)21 （3）涂層性能好）涂層性能好 涂層平整光滑，可精確控制厚度。涂

11、層孔隙率低，結(jié)合度高，涂層孔隙率低，可控制在1% 10%；與基體結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)60 70 MPa。 （4）對(duì)基體熱影響小）對(duì)基體熱影響小 工件受熱溫度可控制低于250 ，噴涂基體組織不易發(fā)生變化；可在塑料、油漆、玻璃、石棉布等非金屬材料上噴涂，可噴涂范圍廣泛。等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)22主要內(nèi)容主要內(nèi)容v等離子噴涂介紹等離子噴涂介紹v等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)等離子噴涂技術(shù)分類(lèi)v等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)v等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用v問(wèn)題及展望問(wèn)題及展望23等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用 從上世紀(jì)從上世紀(jì)50 年代至今，等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域由航年代至今，等離子噴涂

12、技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域由航空、航天擴(kuò)展到了鋼鐵工業(yè)、汽車(chē)制造、石油化工、紡空、航天擴(kuò)展到了鋼鐵工業(yè)、汽車(chē)制造、石油化工、紡織機(jī)械、船舶等?？棛C(jī)械、船舶等。 近年來(lái)，等離子噴涂技術(shù)開(kāi)始運(yùn)用于高新技術(shù)領(lǐng)域如近年來(lái)，等離子噴涂技術(shù)開(kāi)始運(yùn)用于高新技術(shù)領(lǐng)域如納米涂層材料、梯度功能材料、超導(dǎo)涂層、生物功能涂納米涂層材料、梯度功能材料、超導(dǎo)涂層、生物功能涂層層等。等。24 （1）耐磨涂層）耐磨涂層 陶瓷和金屬陶瓷涂層，可以使零部件具有高的硬度，優(yōu)異的耐磨性，而且涂層摩擦系數(shù)小。 噴涂材料一般選用Al2O3、Cr2O3、TiO2等陶瓷粉末Al2O340%T iO2涂層Cr2O35SiO23T iO2涂層等離子噴涂陶瓷水

13、壓元件實(shí)例等離子噴涂陶瓷水壓元件實(shí)例等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用25（2 2）耐熱涂層）耐熱涂層耐熱涂層多應(yīng)用于高溫工程，它包括抗高溫氧化、高溫隔熱等。一般采用氧化鋁作為耐熱涂層，廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫工作下零部件的表面。未經(jīng)噴涂處理未經(jīng)噴涂處理經(jīng)噴涂處理經(jīng)噴涂處理1Cr18Ni9 Ti鋼表面噴涂鋼表面噴涂NiCrAl + (ZrO2 + Y2O3 ) 陶瓷涂層隔熱實(shí)驗(yàn)陶瓷涂層隔熱實(shí)驗(yàn)等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用26 （3）防腐蝕涂層）防腐蝕涂層Cr2O3碳鋼涂層極化曲線碳鋼涂層極化曲線Co基合金、Ni基合金和氧化物陶瓷等作為涂層材料，通過(guò)提高涂層的致密性，堵住腐蝕

14、介質(zhì)的滲透，防止電化學(xué)腐蝕。等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用27 （4）其它方面應(yīng)用）其它方面應(yīng)用除了上述應(yīng)用外，等離子噴涂還應(yīng)用于：電絕緣與導(dǎo)電涂層、恢復(fù)尺寸涂層、間隙控制涂層等方面。除了傳統(tǒng)鄰域，近年來(lái)等離子除了傳統(tǒng)鄰域，近年來(lái)等離子噴涂在噴涂在高新技術(shù)領(lǐng)域高新技術(shù)領(lǐng)域也有應(yīng)用也有應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用28 （1）納米涂層）納米涂層等離子噴涂技術(shù)作為一個(gè)傳統(tǒng)的涂層制備手段用于噴涂納米涂層具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如低成本、高效率，適于工業(yè)化生產(chǎn)，所得涂層硬度高、耐磨性好、與基體結(jié)合強(qiáng)度高。不同載荷下微米不同載荷下微米AT13涂層與納米涂層與納米13AT涂層的磨損體積損失比較圖涂

15、層的磨損體積損失比較圖等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用29 （2）梯度功能涂層（）梯度功能涂層（FGMs） 陶瓷材料質(zhì)脆、對(duì)應(yīng)力集中和裂紋敏感、抗熱震性差且與金屬基體物理性能不匹配，使涂層產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致涂層的結(jié)合強(qiáng)度下降。在應(yīng)用時(shí)常會(huì)發(fā)生涂層開(kāi)裂或剝落等現(xiàn)象。 等離子焰流溫度高，特別適用于噴涂難熔金屬、陶瓷和復(fù)合材料涂層，這就為功能梯度材料的發(fā)展提供了廣闊的空間。等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用(a)雙層涂層(DC)(b)梯度涂層（GC）30 （3）生物功能涂層）生物功能涂層將等離子噴涂HAP（生物羥基活性石灰石）粉末在金屬基體上（一般為T(mén)i基金屬）形成生物涂層既突出了HA

16、P良好的生物活性又利用了金屬材料優(yōu)秀的力學(xué)性能，避免了HAP的脆性和疲勞敏感性的問(wèn)題。等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用31 （4）其它方面的應(yīng)用）其它方面的應(yīng)用除了上述應(yīng)用外，等離子噴涂還應(yīng)用于：超導(dǎo)涂層，非晶、準(zhǔn)晶涂層等涂層的制備。等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用等離子噴涂技術(shù)應(yīng)用32 等離子噴涂存在問(wèn)題：等離子噴涂存在問(wèn)題：（1）工藝問(wèn)題： a.預(yù)熱問(wèn)題 b.工件及涂層的溫度控制 c.孔隙率高、易引入缺陷 (2)參數(shù)多十多個(gè)參數(shù)多達(dá)幾十個(gè)，相互影響 噴涂過(guò)程實(shí)現(xiàn)在線反饋控制作出實(shí)時(shí)調(diào)整？（3）涂層硬度高保證涂層薄、近終成型減少加工等離子噴涂存在問(wèn)題及展望等離子噴涂存在問(wèn)題及展望33 等離子噴涂存在問(wèn)題：等離子噴涂存在問(wèn)題：（4）等離子?。涸肼暣?，對(duì)人皮膚、眼睛輻射較大等離子噴涂存在問(wèn)題及展望等離子噴涂存在問(wèn)題及展望34 發(fā)展趨勢(shì)及展望發(fā)展趨勢(shì)及展望等離子噴涂技術(shù)作為一種先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，在近代工業(yè)中地位越