等离子喷涂
等离子喷涂 沉积率
等离子喷涂是一种表面涂层技术，通过将材料以等离子体的形式喷射到基材表面，形成一 层均匀、致密的涂层。沉积率是指单位时间内喷涂设备所喷射的涂层厚度。
沉积率受多种因素影响，包括喷涂设备的喷涂速度、喷涂距离、喷涂角度、喷涂材料的流 量和喷嘴的直径等。通常情况下，沉积率可以通过实验或经验来确定，并且不同的喷涂材料 和设备可能会有不同的沉积率。
在实际应用中，沉积率的确定对于控制涂层厚度和涂层质量非常重要。过高的沉积率可能 导致涂层过厚，增加涂层成本和加工难度，甚至影响涂层的性能。过低的沉积率则可能导致 涂层厚度不够，无法满足设计要求。
等离子喷涂 沉积率
因此，在进行等离子喷涂时，需要根据具体的应用要求和涂层材料的特性，合理选择喷涂 参数，以控制沉积率在合适的范围内。同时，还需要进行实际的涂层测试和质量检查，以确 保涂层的厚度和质量符合要求。
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。
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。
等离子热喷涂
（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
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。
等离子喷涂 参数
等离子喷涂参数等离子喷涂是一种先进的表面涂层技术，适用于金属、陶瓷等材料的表面处理和改性。
该技术通过将细粉末通过等离子处理，将其加热熔化后喷涂在工件表面，形成坚固而耐磨的涂层，提高了工件的耐腐蚀、耐磨和高温性能，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、能源等领域。
一、等离子喷涂的工艺原理等离子喷涂的工艺原理主要分为等离子产生、粉末输送和喷涂成形三个步骤。
1. 等离子产生等离子喷涂技术是利用等离子体的高能量来使粉末加热融化，并将其喷涂在工件表面。
在喷涂过程中，通过电弧或等离子火花产生高温等离子体，通过等离子体将粉末熔化并喷涂到工件表面。
2. 粉末输送将预先制备好的涂料粉末输送至等离子火花中，利用等离子产生的高温将粉末加热融化，并喷涂到工件表面。
粉末的输送方式对喷涂质量和效率有重要影响。
3. 喷涂成形在粉末融化后，通过气体喷射将粉末喷涂到工件表面形成涂层。
喷涂成形过程需要控制喷涂距离、喷涂速度和喷涂角度等参数，以保证涂层质量和均匀性。
二、等离子喷涂的参数及优化等离子喷涂的参数设置对于涂层的形成和性能起着至关重要的作用。
以下是等离子喷涂中常见的参数及其优化方法。
1. 气体流量气体流量是指喷涂时喷枪喷出的惰性气体（通常是氮气或氩气）的流量，气体流量的大小会影响涂层的密实度和均匀性。
要保证气体流量的稳定，并根据工件材料和形状进行调整，以获得最佳的喷涂效果。
2. 电弧电流和电压电弧电流和电压是产生等离子体的重要参数，它们会影响等离子体的能量和温度，进而影响粉末的熔化和喷涂效果。
合理设置电弧电流和电压能够得到均匀、致密的涂层。
3. 粉末流量粉末流量是指粉末喷涂速度和均匀性，粉末流量的大小会影响涂层的厚度和均匀性。
需要根据工件的具体要求和形状进行合理的调整，以获得符合要求的涂层。
4. 喷涂距离和喷涂速度喷涂距离和喷涂速度是影响喷涂均匀性和涂层成形的重要参数。
合理设定喷涂距离和喷涂速度，能够保证涂层厚度的均匀性和致密性。
等离子喷涂失效分析
的温度、热焓和流速。Ar气和H2气流量的增加,导致电弧
电压的增加,功率的增大,有利于获得夹杂物少、致密和均
匀的涂层,涂层的耐磨性能也越好。但是Ar气流量过大,会
使离子浓度减小,焰流温度和热烩会有所降低,等离子焰流
速度变大,粒子在焰流中加热时间变短,粉末熔化不均匀,
涂层组织疏松,孔隙率增大,涂层耐磨性能恶化。
比剥落坑深得多。
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分析认为，接触应力导致的涂层内部剪切应力变化是
涂层产生上述失效的主要原因。低接触应力条件下，涂层
内部和界面处的剪切应力较小，无法有效地破坏涂层的内
聚或涂层与基体的结合，主要发生轻微的表面点蚀或剥落
等近表层失效;高接触应力条件下，涂层与基体界面上的
剪切应力增大，过大的界面剪切应力使涂层界面上的缺陷
效模式的发生。
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5）结合强度
涂层/基体的结合强度是影响涂层服役持久性的重要
指标，通过疲劳试验可以发现，结合强度较低的涂层，以
快速而严重的分层失效为主，涂层寿命较短，且分散程度
高；而结合强度较高的涂层主要发生表面磨损和剥落失效，
涂层寿命较长，且分散程度低，易于进行寿命预测。
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6）接触应力
涂层表面粗糙度是指涂层工作状态下的接触表面的光
滑程度。粗糙度较高的涂层接触疲劳寿命较低，反之寿命
较高。分析认为，在相同的润滑条件下，粗糙度较大时，
由于涂层润滑不充分，表面微凸体相互挫伤，形成局部裂
纹，裂纹扩展最终导致磨削后涂层中出现表面磨损、剥落
等近表层失效，涂层寿命短；粗糙度较小时，涂层滑条
件良好，对摩副分离充分，表面未受到直接冲击，近表面
防腐、耐高温等性能的表面防护涂层，提高工件的使用寿
表面等离子喷涂
表面等离子喷涂1. 概述表面等离子喷涂是一种常用的表面处理技术，通过使用等离子体生成的高能粒子对物体表面进行涂覆，以改善其性能和外观。
本文将介绍表面等离子喷涂的原理、应用领域以及未来发展方向。
2. 原理表面等离子喷涂的基本原理是利用等离子体产生的高能粒子对物体表面进行喷射。
这些高能粒子可以是离子、电子或中性气体分子。
在喷射过程中，这些高能粒子与物体表面发生碰撞并附着，形成一层均匀、致密的涂层。
3. 工艺流程表面等离子喷涂的工艺流程包括以下几个步骤：3.1 前处理在进行表面等离子喷涂之前，需要对待处理物体进行前处理。
这包括清洗、除油、除锈等步骤，以确保物体表面干净，并且没有杂质和污染物。
3.2 等离子生成通过加入适当气体，如氩气、氮气等，在真空或大气环境下产生等离子体。
等离子体可以通过射频放电、直流放电或微波放电等方式生成。
3.3 等离子喷涂在形成稳定的等离子体后，将待处理物体放置在喷涂室中，并通过控制喷涂参数，如喷涂距离、喷涂速度、喷涂角度等，将高能粒子喷射到物体表面。
高能粒子与物体表面发生碰撞并附着，形成一层均匀、致密的涂层。
3.4 后处理完成等离子喷涂后，需要进行后处理。
这包括退火、固化等步骤，以提高涂层的结晶度和附着力。
4. 应用领域表面等离子喷涂技术在许多领域都有广泛应用。
以下是一些常见的应用领域：4.1 汽车工业在汽车工业中，表面等离子喷涂技术可用于制造汽车零部件的保护性和装饰性涂层。
例如，在发动机部件上使用陶瓷涂层可以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
4.2 航空航天工业在航空航天工业中，表面等离子喷涂技术可用于制造飞机发动机叶片、涡轮等部件的高温涂层。
这些涂层可以提高零部件的抗氧化性能和耐高温性能。
4.3 电子工业在电子工业中，表面等离子喷涂技术可用于制造半导体器件、显示屏等的保护性涂层。
这些涂层可以提高器件的稳定性和寿命。
4.4 医疗器械在医疗器械领域，表面等离子喷涂技术可用于制造人工关节、牙科种植体等的生物相容性涂层。
等离子喷涂失效分析
在进行涂层结构设计时，应充分考虑涂层的厚度、孔隙率、晶粒尺寸等因素，以确保涂 层具有足够的韧性和耐腐蚀性。同时，应避免设计过于复杂的结构，以降低涂层开裂、
剥落等失效风险。
选择合适的喷涂材料
总结词
选择合适的喷涂材料是防止等离子喷涂失效的重要措 施之一，材料的质量和性能直接影响涂层的可靠性和 使用寿命。
等离子喷涂失效分析
目录
• 等离子喷涂原理及特点 • 等离子喷涂失效现象及原因 • 等离子喷涂失效分析方法 • 等离子喷涂失效防止措施 • 等离子喷涂失效分析案例
01
等离子喷涂原理及特点
等离子喷涂技术介绍
等离子喷涂技术是一种先进的表面处理技术，利用等离子弧的高温、高速和高能密度等特性，将金属 、陶瓷等粉末状材料熔化并高速喷射到基材表面，形成一层具有特殊性能的涂层。
VS
详细描述
在等离子喷涂过程中，如果喷涂参数控制 不当或涂层太厚，会导致涂层内部产生过 多的孔隙。这些孔隙不仅会影响涂层的外 观和性能，还可能成为腐蚀介质进入涂层 的通道，加速涂层的失效。
涂层硬度不足
总结词
涂层硬度不足可能是由于喷涂材料选择不当 或喷涂工艺参数控制不严格所导致。
详细描述
等离子喷涂材料的种类和成分对涂层的硬度 有很大影响。如果选择不当，可能会导致涂 层硬度不足。此外，喷涂工艺参数如喷枪距 离、喷涂速度和电流等也会影响涂层的硬度。 如果这些参数控制不严格，也可能导致涂层 硬度不足。
涂层厚度可控
生产效率高
通过调整喷涂参数，可以控制涂层的厚度 和均匀性，满足不同应用需求。
等离子喷涂技术可以实现连续作业，提高 生产效率，降低生产成本。
等离子喷涂技术的应用领域
01
航空航天领域
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。
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表面预处理
工件表面净化
脱脂去污（碱洗），去锈（酸洗）表面来自化处理喷砂处理
喷涂打底层
镍铬铝钴氧化钇复合粉
低碳钢表面喷涂氧化铬(Cr2O3)
氧化铬(Cr2O3)是优异的抗腐蚀磨损涂层材 料，对水、光、高温腐蚀性气体（SO2、 H2S）和大气极稳定。硬度高、摩擦系数小， 耐磨和抛光性能好。 Cr2O3粉末的喷涂工艺规范宽，局部过热涂 层不易开裂。喷涂层致密，与基体结合强 度高，能够磨削到很小的表面粗糙度。涂 层具有优异的抗磨损、自配合及耐腐蚀 （适当密封处理）等综合性能。
涂层性能
密度 熔点 硬度 HRC 60-72 热胀 系数 9.6 热导 率 12.5 比热容 体积电阻 辐射率
5.12
2265~2435
0.669~0.921
2.5×10∧3
0.6~0.8
对磨材料 摩擦系数 （f）
聚四氟已烯 0.16
中碳钢 0.11
铜 0.35~0.46
石墨 0.22
不锈钢 0.43
等离子喷涂的优点
（1）温度高、热量集中，便于进行高熔点材料的 喷涂：金属、陶瓷及有机材料和金属陶瓷复合材 料等。 （2）用惰性气体作工作气体，涂层中氧化物很少， 适合喷涂易氧化的活性材料。 （3）喷涂后的涂层致密度高，孔隙率很低，且涂 层的粘结强度也很高； （4）对工件的热变形影响很小，喷涂效率高； （5）工件不带电、基体材料范围广。金属、石墨、 水泥制品、硬塑料、石棉、陶瓷、玻璃、木材等 均可。
等离子喷涂的缺点
（1）等离子喷涂设备投资大、成本较高，且工作 气体的纯度要求较高；
（2）小孔径孔内表面难以喷涂，这是因为受到喷 枪尺寸及喷距的限制的缘故； （3）等离子喷涂时，劳动保护要求高，因为在等 离子喷涂过程会产生剧烈噪声、强光辐射、有害 气体（臭氧、氮氧化物等）、金属蒸汽粉尘等。
谢 谢
等离子喷涂工艺简介
材料科学与工程学院 指导老师： 学生:
等离子喷涂
等离子喷涂是将金属或非金属粉末通入非 转移型等离子弧焰流中，加热到熔化或半 熔化状态，并随同等离子弧焰流，高速喷 射并沉积到经过表面预处理后的工件表面 上，从而形成一层具有特殊性能的涂层。
等离子体
等离子体：指气体部分或全部电离形成正、 负离子数量相等而整体呈中性的导电体， 是继固体、液体、气体之后物质的第四态。
等离子弧的产生
等离子喷涂技术中的等离子体是气体经过 压缩电弧后形成的高温等离子体。
产生等离子弧的工作气体（又称等离子 气），常用的有氮、氢、氩、氦。
等离子弧分类
（1）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。
（2）转移型弧。工件接 电源正极，钨极接电源负 极，电弧建立在钨极和工 件之间。