等离子喷涂技术
等离子喷涂 参数
等离子喷涂参数
摘要：
1.等离子喷涂简介
2.等离子喷涂参数的作用
3.常见等离子喷涂参数及其设置
4.参数对等离子喷涂效果的影响
5.合理设置参数的重要性
正文：
等离子喷涂是一种广泛应用于工业领域的表面处理技术，通过将材料以高速喷射的形式沉积在基材表面，从而实现对基材的保护和修复。
在等离子喷涂过程中，参数的设置对于涂层的性能和质量有着至关重要的影响。
本文将详细介绍等离子喷涂参数的相关知识。
等离子喷涂参数主要包括喷涂电压、喷涂电流、喷涂距离、喷涂速度、喷枪与基材的相对位置等。
这些参数会影响到涂层的结构、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。
首先，喷涂电压和电流是影响涂层沉积速率的重要参数。
通常情况下，提高喷涂电压和电流可以增加涂层的沉积速率，但过高的电压和电流会导致涂层出现气孔、裂纹等缺陷。
因此，需要根据实际需求和材料特性来合理设置喷涂电压和电流。
其次，喷涂距离和速度也会影响涂层的质量。
喷涂距离过近或过远，都可能导致涂层厚度过大或过小，影响涂层的性能。
喷涂速度过快或过慢，则可能
导致涂层结构不均匀，出现裂纹等缺陷。
因此，需要根据涂层厚度和材料特性来调整喷涂距离和速度。
此外，喷枪与基材的相对位置对于涂层的均匀性和质量也有很大影响。
合理的喷枪与基材的距离和角度，可以保证涂层在喷涂过程中均匀地覆盖在基材表面，避免涂层厚度过大或过小的现象。
总之，等离子喷涂参数设置得当，可以获得性能优异的涂层。
反之，参数设置不合理，可能导致涂层质量不佳，影响等离子喷涂的效果。
等离子喷焊工艺过程
等离子喷焊工艺过程
等离子喷焊（Plasma Spray Welding）是一种热喷涂技术，用于在金属、陶瓷、复合材料等基材表面涂覆保护层或修复受损表面。
以下是等离子喷焊的基本过程：
1.准备工作：首先，需要准备好待喷涂的基材表面。
这包括清洁、打磨和喷砂等步骤，以确保表面光滑、清洁，并提供良好的附着性。
2.原材料准备：合适的涂层材料通常以粉末形式提供。
这些粉末材料可以是金属、陶瓷、复合材料等。
在喷涂前，通常需要对粉末进行预处理，如筛选、干燥等。
3.等离子喷枪设置：使用等离子喷涂设备，将喷嘴与喷枪连接，并设置合适的工艺参数，如喷嘴尺寸、气体流量、电流电压等。
4.点火启动：将惰性气体（通常是氩气或氮气）通过喷枪喷射到喷嘴中，形成等离子气体。
然后，通过电弧点火，将等离子气体加热至高温状态。
5.粉末喷涂：当等离子气体达到足够高的温度时，粉末材料通过粉末供料系统送入等离子气体中心。
在高温下，粉末材料熔化或部分熔化，并形成喷涂颗粒。
6.涂层喷涂：熔化的粉末颗粒随着等离子气体喷射到基材表面，形成涂层。
在涂层形成的同时，由于等离子气体的高温作用，涂层与基材表面同时发生熔合，从而确保良好的附着性。
7.冷却固化：喷涂完成后，涂层需要进行冷却固化。
这通常涉及将基材放置在适当的环境中，让涂层自然冷却至室温，并确保涂层与基材的结合稳固。
8.表面处理：完成涂层后，可能需要进行表面处理，如打磨、抛光等，以获得所需的表面质量和光洁度。
等离子喷焊工艺具有高温、高速喷涂、涂层致密性好等优点，可应用于航空航天、汽车、能源、化工等领域的表面保护和修复。
等离子喷涂
(四) 大气等离子喷涂设备组成
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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。
等离子喷涂 参数
等离子喷涂参数
摘要：
1.等离子喷涂简介
2.等离子喷涂参数分类
3.常见等离子喷涂参数及其影响
4.参数选择与调控对等离子喷涂效果的重要性
正文：
一、等离子喷涂简介
等离子喷涂是一种表面技术，通过高速喷射等离子弧所产生的气流，使涂层材料在工件表面沉积，形成一层具有特定性能的涂层。
等离子喷涂技术广泛应用于机械、电子、航空等领域，以提高工件的耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性等性能。
二、等离子喷涂参数分类
等离子喷涂参数主要包括气体成分、气体流量、喷射速度、喷嘴与工件距离、弧压、电流等。
这些参数对等离子喷涂过程和涂层性能具有重要影响。
三、常见等离子喷涂参数及其影响
1.气体成分：影响涂层的化学成分和结构，选择合适的气体成分可获得优良的涂层性能。
2.气体流量：影响等离子弧的稳定性和涂层的均匀性，需根据具体应用场景选择合适的气体流量。
3.喷射速度：决定涂层厚度和涂层结构的关键参数，不同喷射速度会导致
涂层性能的差异。
4.喷嘴与工件距离：影响等离子弧的形状和涂层的均匀性，需要根据实际情况调整喷嘴与工件的距离。
5.弧压、电流：影响等离子弧的能量，弧压和电流的改变会导致等离子弧形态和涂层性能的变化。
四、参数选择与调控对等离子喷涂效果的重要性
合理选择和调控等离子喷涂参数，可以优化涂层性能，提高工件的使用寿命和可靠性。
焊接中的等离子喷涂焊技术
焊接中的等离子喷涂焊技术等离子喷涂焊技术在焊接工业中已经被广泛使用，该技术凭借其高效、高质和低成本的特点受到越来越多生产工艺先进、焊接工艺复杂的领域的重视。
本文将从等离子喷涂焊技术的实质、适用范围、优缺点与应用前景几个方面进行论述。
一、等离子喷涂焊技术的实质等离子喷涂焊技术是一种将喷涂技术和焊接技术相结合的新型加工方式。
因为等离子喷涂涂层的物理和化学特性，能够在涂层表面形成一定的结构和化学成份，这意味着在涂层表面形成一定结构以后，等离子朝向涂层、与涂层的化学成份会被改变；在涂层与基础材料的结合面形成巨大的热梯度，在高温度下能够促进结合，最终涂层与基础材料之间得以非常牢固地结合。
等离子喷涂焊技术的实质可归纳为：一方面，等离子喷涂技术受喷涂颗粒的特性影响，如粒径、结构、形状等等，是将合适的各种粉末涂料通过各种压力、气流、导体、电弧等瞬间喷涂到需要加工的部位以形成目标涂层；另一方面，则是通过等离子泄漏作用对焊接部位结合表面进行预处理，即在基础金属材料和涂层之间提高结合能力，从而提高焊接部分的强度和硬度。
二、等离子喷涂焊技术的适用范围等离子喷涂焊技术适用于各种金属材料（包括低碳钢、不锈钢、高温合金、镍基合金、铝合金、钛合金等），且无论是金属之间、金属与陶瓷、复合材料之间都能实现焊接；该焊接方式还适用于各种加工工件，包括等离子喷涂后焊接、涂层与材料间的热处理、切割和预加工等等。
三、等离子喷涂焊技术的优缺点1. 优点：（1）等离子喷涂是一种非接触式的加工方式，不会带来加工表面的变形、拉动和拉伸等等，因此适用于各种加工表面形状的加工；（2）等离子喷涂焊接技术能够满足高速焊接的要求，它能够基本保持焊接部分的形状、大小和几何无变形；（3）等离子喷涂焊接过程比传统焊接工艺更为稳定和高效，能够有效提高生产效率；（4）等离子喷涂技术喷涂过程中不会产生削减或磨损等现象；（5）等离子喷涂焊接技术制作的工件表面硬度高，具有很好的抗磨损性。
等离子喷涂
②转移弧：电弧离开喷枪转移到被加工零件上的等离子弧。这种情况喷嘴不接电源，工件接正极，电弧飞越 喷枪的阴极和阳极（工件）之间，工作气体围绕着电弧送入，然后从喷嘴喷出。
等离子切割，等离子弧焊接，等离子弧冶炼使用的是这类等离子弧。
③联合弧:非转移弧引燃转移弧并加热金属粉末，转移弧加热工件使其表面产生熔池。这种情况喷嘴，工件均 接在正极。
喷涂原理
等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体 电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。
按接电方法不同，等离子弧有三种形式：
①非转移弧：指在阴极和喷嘴之间所产生的等离子弧。这种情况正极接在喷嘴上，工件不带电，在阴极和喷 嘴的内壁之间产生电弧，工作气体通过阴极和喷嘴之间的电弧而被加热，造成全部或部分电离，然后由喷嘴喷出 形成等离子火焰(或叫等离子射流)。
特点
等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，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。
等离子的形成
（以N2为例）： 0°k时，N2分子的两个原子呈哑铃形，仅在x,y,z方向上平动； 大于10°k时，开始旋转运动； 大于10000°k时，原子间产生振动，分子与分子间碰撞，则分子会发生离解变为单原子： N2+Ud——>N+N其中 Ud为离解能 温度再升高，原子会发生电离: N+Ui——>N++e其中 Ui为电离能 气体电离后，在空间不仅有原子，还有正离子和自由电子，这种状态就叫等离子体。 等离子体可分为三大类： ①高温高压等离子体，电离度100%，温度可达几亿度，用于核聚变的研究； ②低温低压等离子体，电离度不足1%，温度仅为50～250度； ③高温低压等离子体，约有1%以上的气体被电离，具有几万度的温度。
(完整版)等离子喷涂解析
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。
❖ 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.
等离子喷涂_沉积效率_解释说明以及概述
等离子喷涂沉积效率解释说明以及概述1. 引言1.1 概述等离子喷涂是一种现代化的表面涂覆技术，通过将粉末材料加热到高温并使其离子化，在电场或气流的作用下将粉末喷射到基材上进行涂覆。
等离子喷涂广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车制造、电力行业以及高温耐磨领域等。
1.2 文章结构本文将首先介绍等离子喷涂的基本原理，包括定义、工作原理和应用领域。
然后，我们将重点关注沉积效率及其影响因素。
在此部分中，我们将讨论沉积效率的概念和测量方法，以及影响沉积效率的因素。
最后，我们将对等离子喷涂技术的优缺点进行详细分析，并给出结论部分总结本文的主要观点。
1.3 目的本文旨在探索和解释等离子喷涂技术中的沉积效率，并分析该技术的优缺点。
通过对沉积效率及其相关因素的深入研究，我们可以更好地理解等离子喷涂技术的工作原理，为相关领域的研究和应用提供指导，并为进一步提高沉积效率提供了方法和技术。
2. 等离子喷涂的基本原理2.1 等离子喷涂的定义等离子喷涂是一种以等离子体为媒介进行喷涂的表面工程技术。
它利用一个带正电电荷的极亮弧在高温和压力下将物质气化，然后通过气流将气化物吹到被处理物体的表面形成覆盖层。
2.2 等离子喷涂的工作原理等离子喷涂主要通过以下几个步骤实现：第一步，采用直流或射频放电引发极亮弧。
这会产生高能量的等离子体，使填料（通常为金属、陶瓷或合金粉末）迅速熔化、蒸发和电离。
第二步，生成的等离子体经过磁场聚焦并加速，然后通过导向器送入喷嘴。
第三步，在进入喷嘴时，可选择性添加惰性气体如氩气以稀释和冷却等离子体。
第四步，经过喷嘴后，高温和高压下形成具有较高动能的粒子流，并迅速沿着一个规定的方向喷射到被处理物体的表面。
第五步，粒子流冷却过程中将逐渐降温并凝固，在表面上形成致密且具有较高结合强度的涂层。
2.3 等离子喷涂的应用领域等离子喷涂技术具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 表面保护与修复：等离子喷涂可应用于金属、陶瓷、玻璃等材料的表面保护与修复。
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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
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
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，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
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
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
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）。测定宏观硬度 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。
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。
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。