等离子热喷涂
等离子热喷涂和超音速火焰喷涂
调研报告：等离子热喷涂与超音速火焰喷涂的区别、优缺点及成本对比一、工艺原理1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂是一种通过将喷涂材料加热到熔融状态，然后以高速喷射到工件表面形成涂层的工艺。
等离子体作为一种高温热源，能够将涂料加热至熔融状态，使其在被喷涂时具有较高的流动性。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂是一种利用高温燃气和高速喷射技术将喷涂材料喷射到工件表面的工艺。
该工艺使用燃气燃烧产生的高温高速气流将涂料加热并加速，使其以极高的速度喷射到工件表面。
二、涂料特性1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂的涂料种类较多，包括金属、合金、陶瓷等材料。
由于等离子体的高温特性，能够保证涂料在熔融状态下的流动性，因此适用于喷涂较厚的涂层。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂的涂料种类包括金属、非金属陶瓷等材料。
由于高速喷射的特性，适用于喷涂较薄的涂层。
三、涂层性能1. 等离子热喷涂：等离子热喷涂形成的涂层具有较高的结合强度、硬度和耐磨性。
同时，由于涂料在熔融状态下流动性较好，能够形成较致密的涂层结构。
2. 超音速火焰喷涂：超音速火焰喷涂形成的涂层具有较高的结合强度和硬度。
由于高速喷射的特性，形成的涂层具有较小的孔隙率，具有较好的防腐蚀性能。
四、优缺点1. 等离子热喷涂：优点：形成的涂层结合强度高、硬度较好；适用于喷涂较厚的涂层；可用于不同材料的喷涂。
缺点：设备成本较高；操作过程中需要消耗大量能源；高温下容易引起材料氧化。
2. 超音速火焰喷涂：优点：高速喷射形成的涂层结合强度高、防腐蚀性能好；设备成本相对较低；操作过程中能源消耗较少。
缺点：形成的涂层较薄，需多次喷涂才能达到预期效果；对于某些材料，易引起氧化和热损伤。
五、成本对比1. 等离子热喷涂：由于设备成本较高，操作过程中需要消耗大量能源，因此等离子热喷涂的成本相对较高。
2. 超音速火焰喷涂：设备成本相对较低，操作过程中能源消耗较少，因此超音速火焰喷涂的成本相对较低。
等离子喷涂工作原理
等离子喷涂工作原理
等离子喷涂是一种表面处理技术，它利用高温等离子体产生的高能粒子对待处理物体的表面进行喷涂，从而改变其性质和外观。
其工作原理如下：
1. 等离子体产生：通常使用高频电源将工作气体（如氧气、氮气等）引入到封闭的喷涂系统中，产生一定的气流。
然后通过加高电压或加热等方式，使气体中的分子形成高温等离子体。
2. 高能粒子形成：高温等离子体中的分子会被高能粒子撞击、电离和激发，从而形成高速的带电粒子流。
3. 粒子流喷涂：高速的带电粒子流通过喷嘴，被推向待处理物体的表面。
因为粒子带有正电，所以它们在电场的作用下会受到加速，从而具有很高的动能。
4. 喷涂过程：高速的带电粒子流撞击到待处理物体的表面时，会产生热能和冲击力。
热能可以使物体表面的温度升高，冲击力可以改变物体表面的形貌和结构。
5. 涂层形成：由于高温等离子体产生的高能粒子和物体表面的相互作用，物体表面的一层新的材料会被沉积或熔融，并形成一层均匀、致密、附着力强的涂层。
总结：等离子喷涂工作原理主要包括等离子体产生、高能粒子形成、粒子流喷涂、喷涂过程和涂层形成等环节。
通过这些过程，可以实现对待处理物体表面的清洁、改性和涂层形成，以达到表面处理的目的。
实验1-等离子喷涂
等离子弧几种作用形式： 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， ）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， 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。 喷出，可用于喷涂、切割等。 （2）转移型弧。工件接电源正极，钨极接电源负极，电 ）转移型弧。工件接电源正极，钨极接电源负极， 弧建立在钨极和工件之间，用于金属切割、粉末堆焊等。 弧建立在钨极和工件之间，用于金属切割、粉末堆焊等。 （3）联合型弧。喷嘴和工件接电源正极，钨极接电源负 ）联合型弧。喷嘴和工件接电源正极， 极，非转移型弧和转移型弧并存的等离子弧。联合型弧亦 非转移型弧和转移型弧并存的等离子弧。 可用于喷涂。 可用于喷涂。
多孔Ti颗粒涂层 多孔 颗粒涂层
羟基磷灰石涂层
强生公司
Zimmer公司 Zimmer公司
3. Plasma
等离子体：指气体部分或全部电离（电弧放电、辉光放电、 等离子体：指气体部分或全部电离（电弧放电、辉光放电、高频放
电、光致电离），形成正、负离子数量相等而整体呈中性的导电体，是 光致电离），形成正、负离子数量相等而整体呈中性的导电体， ），形成正 继固体、液体、气体之后物质的第四态。 继固体、液体、气体之后物质的第四态。 等离子体是一个广义的概念。等离子喷涂技术中所叙述的等离子体是指 等离子体是一个广义的概念。 气体经过压缩电弧后形成的高温等离子体，亦称热等离子体。 气体经过压缩电弧后形成的高温等离子体，亦称热等离子体。 用于喷涂的等离子电弧（简称等离子弧） 用于喷涂的等离子电弧（简称等离子弧）一般都是用等离子弧发生器产 生的压缩电弧。一般阴极采用钨铈或钨钍合金材料， 生的压缩电弧。一般阴极采用钨铈或钨钍合金材料，喷嘴阳极采用紫铜 。压缩电弧的形成是热压缩效应、自磁压缩效应和机械压缩效应联合作 压缩电弧的形成是热压缩效应、自磁压缩效应和机械压缩效应联合作 热压缩效应 用的结果。 用的结果。
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
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。
热喷涂名词解释
热喷涂名词解释
热喷涂是一种在物体表面使用高温高压等离子体或喷枪将涂料热蒸发喷涂的方式,形成一层高性能、抗腐蚀、耐磨、耐高温的涂层,适用于各种工业领域和行业,如汽车制造、航空航天、电子、电力、建筑、水利等。
热喷涂的基本原理是将高温高压的等离子体喷枪喷射到物体表面,等离子体中带有正电荷的气体分子与物体表面发生摩擦,产生高温高压的电场,使涂料分子被激发并高速喷出,形成薄层涂料。
这种薄层涂料在高温高压下蒸发,形成热喷涂涂层。
热喷涂涂层具有优异的性能,如高硬度、耐磨性、抗腐蚀性、耐高温性、抗热流弊性等,可以显著提高物体表面的功能和性能,降低物体表面磨损和腐蚀的风险,因此被广泛应用于各种工业领域和行业。
除了优异的性能外,热喷涂涂层还具有以下几个优点:
1. 热喷涂涂层不需要复杂的工艺和设备,施工方便、效率高。
2. 热喷涂涂层可以形成各种颜色和图案,具有个性化和艺术化效果。
3. 热喷涂涂层可以适应各种恶劣的工作环境和条件,如高温、高压、腐蚀、氧化等。
4. 热喷涂涂层具有一定的自适应性,可以自我修复和恢复物体表面的功能和性能。
随着热喷涂技术的不断发展和应用领域的扩大,热喷涂涂层的性能和应用范围也在不断提高和扩展。
(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.
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（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、等离子喷涂在水利机械上的应用
1）传统方法：水轮机叶片上主要存在冲蚀和气蚀。对 于这两种问题，传统的解决方式有：涂抗磨非金属有机 涂料、渗氮和电镀、堆焊、常规材料喷涂等方法，这些 方法并未能根本上解决磨蚀和气蚀问题。比如：三门峡、 小浪底、葛洲坝等均未有效解决磨蚀、气蚀问题。
等离子热喷涂
等离子热喷涂
1、等离子热喷涂的原理 1.1、热喷涂 1.2、等离子喷涂 2、等离子喷涂在水利机械上的应用 3、等离子喷涂的关键技术
1.1、热喷涂
1.2、等离子喷涂
（1）、 非转移型等离子弧
简称为非转移弧。是在接负极的钨级与接正极的喷嘴之
间形成的，工件不带电。非转移弧常用于喷涂、表面
3）粉末：在国外主要采用Al2O3/TiO2粉 末结合等离子喷涂解决潜艇上控制水流的球 阀、水泵、传动轴等的磨损问题。这种涂层 比普通涂层有更强的结合力，而且可以和基 体一起变形。可将该粉末应用到水轮机叶片 上以提高涂层的结合力，解决磨蚀、气蚀问 题。也可选用WC粉末。
3、等离子喷涂关键技术