等离子喷涂技术简介和应用前景共37页文档
低温等离子喷涂技术提高附着力
低温等离子喷涂技术提高附着力低温等离子喷涂技术（Low Temperature Plasma Spraying, LTPSS）是一种先进的表面处理技术，它通过将材料加热到等离子状态并喷涂到基材上，以形成具有优异性能的涂层。
这种技术因其在提高附着力方面的显著效果而受到广泛关注。
以下是关于低温等离子喷涂技术提高附着力的详细论述。
一、低温等离子喷涂技术概述低温等离子喷涂技术是一种利用低温等离子体作为热源，将粉末或线材材料熔化并加速到基材表面，形成涂层的过程。
与传统的热喷涂技术相比，LTPSS具有较低的热输入，这有助于减少基材的热影响区域，保持基材的原始性能，同时提高涂层的附着力和整体性能。
1.1 低温等离子喷涂技术的原理LTPSS技术的核心原理是利用等离子体的高温和高速特性，将材料加热至熔融或半熔融状态，并以高速喷射到基材上。
等离子体是一种部分电离的气体，具有高能量和高焓值，能够高效地传递热量，使材料迅速熔化并形成涂层。
1.2 低温等离子喷涂技术的特点LTPSS技术具有以下特点：- 低热输入：与传统的热喷涂技术相比，LTPSS的热输入较低，有助于保护基材不受热损伤。
- 高附着力：由于等离子体的高速喷射作用，涂层与基材之间的界面结合力得到显著增强。
- 优异的涂层性能：LTPSS技术能够制备出具有良好耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性的涂层。
- 广泛的材料适应性：LTPSS技术适用于多种材料的喷涂，包括金属、陶瓷、复合材料等。
二、低温等离子喷涂技术提高附着力的机制低温等离子喷涂技术提高附着力的机制主要包括以下几个方面：2.1 界面结合力的增强LTPSS技术通过高速喷射作用，使涂层材料与基材表面产生强烈的物理和化学作用，形成牢固的界面结合。
这种结合力的增强，主要得益于以下几个因素：- 表面清洁：等离子体的高温可以去除基材表面的氧化层和污染物，提供清洁的表面，有利于涂层与基材的结合。
- 表面活化：等离子体中的活性粒子可以激活基材表面，促进涂层与基材之间的化学键合。
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。
等离子表面处理技术发展及应用
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3 等离子表面强化方式 （3）等离子束熔覆强化
熔覆材料： 铁基合金粉末、镍基合金粉末、钴基合金粉末 需要时加入：WC、TiC、SiC、Al2O3等陶瓷相提高硬度
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3 等离子表面强化方式 （3）等离子束熔覆强化
届毕业设计，材科06级 王硕） 7) 304不锈钢等离子喷焊钴基合金涂层组织与性能研究
（2011届毕业设计，材科07级 栗志涛）
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5 近几年来开展的工作
等离子束扫描速度对硼铸铁 微熔处理硬化层组织与性能的影响
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等离子束扫描速度对硼铸铁微熔处理硬化层组织与性 能的影响
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➢ 等离子弧焊
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等离子熔覆基本原理图 等离子熔覆示意图
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高能束熔覆示意图
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等离子熔覆示意图
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等离子熔覆示意图
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1 等离子表面处理的优点
等离子束能量密度高、温度高、加热速度快、 时间短,处理工件变形小或无变形,工作效率高
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等离子束扫描速度对硼铸铁微熔处理硬化层组织与性 能的影响
图5 熔化区上部SEM照片 3000×
图6 熔化区中部SEM照片 3000×
图7 熔化区底部SEM照片 3000×
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等离子束扫描速度对硼铸铁微熔处理硬化层组织与性 能的影响
（a）右边为熔化区底部 500×
（b）相变区上部放大组织
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5 近几年来开展的工作
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
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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。
等离子喷涂原理与应用
等离子喷涂与其它表面改性技术的区别
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零件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（化化学分解），以直接气－固沉积方式（或发生化学反应）在零件表面形成几微米 的致密涂层。
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等离子喷涂的定义、原理 和特点
等离子喷涂具有以下特点：
1）可喷材料及为广泛 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（相对一火焰喷涂）
等离子喷涂原理与应用
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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. 等离子喷涂的发展史
4. 等离子喷涂的基材表面预处理
5. 等离子喷涂涂层的检测方法 6. 等离子喷涂设备
7. 等离子喷涂应用举例
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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。
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等离子喷涂与其它表面改性技术的区别
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 现在你正浏览到当前第六页，共三十八页。
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。
基于低温等离子喷涂的先进涂层技术研究
基于低温等离子喷涂的先进涂层技术研究先进涂层技术是当今最具前景的技术之一，其应用范围涉及航空、航天、军工、能源、汽车、电子等众多领域。
在涂层技术的发展中，低温等离子喷涂技术引起了广泛的关注和研究。
本文将从低温等离子喷涂技术的概念、研究现状、主要应用及发展趋势等方面展开分析和探讨。
一、低温等离子喷涂技术概念低温等离子喷涂技术是一种利用低温等离子体作为喷涂材料的母体，配合特定的喷涂装置和控制系统，通过高速氩气或氧气等离子体束对喷涂材料进行熔融喷涂的先进涂层技术。
该技术具有高效、环保、耐磨、防腐、高温等特点。
目前已被广泛应用于氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、铁基合金等材料的喷涂。
二、低温等离子喷涂技术研究现状1.技术研究进展在低温等离子喷涂技术研究中，人们主要关注其喷涂效果、喷涂工艺和喷涂材料等方面。
针对喷涂效果，研究人员主要关注其涂层结构、性能和组织等特点。
在喷涂工艺方面，主要关注喷嘴、喷涂距离、等离子喷涂参数和喷涂气体等方面的设定。
在喷涂材料方面，主要关注喷涂材料的制备、形态和微观组织等特点。
2.国内外研究现状国内外对低温等离子喷涂技术的研究虽然起步比较晚，但是进展比较快。
目前，美国、欧洲、日本等国家在该技术的研究和应用方面处于领先地位。
国内的研究机构也取得了一定的进展，目前有德州大学、北京科技大学等单位在该技术方向上取得了一定的成果。
三、低温等离子喷涂技术主要应用1.航空、航天领域在航空航天领域，高性能涂层是保障飞机发动机等关键部件的关键。
目前，低温等离子喷涂技术被广泛应用于发动机涂层、燃烧室内涂层、大功率脉冲激光器涂层等多个方面，能够有效提高关键部件的使用寿命和安全性能。
2.汽车、电子、新能源领域在汽车、电子、新能源领域，涂层技术的应用也呈现出不同的特点。
比如在汽车制造领域，低温等离子喷涂技术已被广泛应用于电动汽车电池的涂层、发动机涂层以及底盘、车身涂层等多个方面。
在电子、新能源领域，主要应用于太阳能电池板、电池包包壳、光纤传输材料等领域。
热喷涂——等离子喷涂
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2ZrO 、23Al O 、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。