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热喷涂技术研究进展-PPT课件

1、热喷涂技术概论
原理 热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材) 送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中 熔化, 并利用高速气流将其喷射到基体材料表面 形成涂层的工艺 。 涂层结构特点
特点
a. 能赋予基体以多种功能的表面; b. 设备轻便,可现场施工; c. 除喷焊外,对基材加热温度较低,工件 变形小,金相组织及性能变化也较小。 d. 喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率 高,比较经济。
微等离子喷涂
微等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊 接研究所开发的, 它的特点是具有层流等离子 射流、发射角只有2°~ 6°(普通的等离子枪的 发射角达10°~ 18°)、功率低( 1~ 3 kW )、基 体受热低、噪声小( 30~ 50 dB) , 可在极薄的基 体(如0.5mm厚的不锈钢薄板或1.0 mm 厚的锰 片)上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低, 但 能量集中, 其束斑直径小于5 mm, 所以仍可喷 涂各种材料, 特别适宜制备小零件及薄壁件的 精密涂层, 且该设备重量轻, 适合于现场的维修 工作。
悬浮式等离子喷涂示意图
反应等离子喷涂
反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果, 该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射 流中加入反应气体(如N2),反应气体与加热中的喷涂颗粒相 互作用,进而得到新的生成物。 例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入 N2反应后得到的,其工作原理如图所示。TiN具有高熔点、 高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超 导性。 反应等离子喷涂制备 TiN涂层克服了传统的物理或者化 学气相沉积(PVD及CVD)工艺 制备TiN 涂层,存在沉积速 率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳米晶TiN涂层, 涂层厚度可达500µ m。
热喷涂技术论文(2)

热喷涂技术论文(2)热喷涂技术论文篇二热喷涂技术的研究现状与发展趋势【摘要】热喷涂技术拥有着巨大的发展优势,且被广泛应用在工程领域方面。
综述了热喷涂技术的研究现状以及未来的发展趋势,主要介绍了超音速火焰喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术与超音速电弧喷涂技术等,并简洁了这些技术的研究发展趋势与实际应用。
【关键词】热喷涂技术;研究现状;发展趋势热喷涂技术是利用某种热源使得喷涂材料受热呈现熔融或者是半熔融状态,再将其喷射到需要涂敷的基体表面,从而可以形成一层比原基体材料涂层性能优异的涂层,使得工件的表面性能更加优异,或是使得工件形成一种或多种原基体材料不具备的表面性能膜状组织结构。
热喷涂涂层具有耐磨损、隔热以及耐高温等性能,并且能够实现对出现磨损、被腐蚀的零件以及因加工出现误差的零件进行必要的有效修复。
热喷涂技术是表面工程的重要组成部分,在工业与科学技术快速发展的今天,喷涂技术在航空航天、石油化工以及机械制造等众多的领域中应用广泛。
本文主要介绍了超音速火焰喷涂技术、火焰喷涂技术、电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、冷喷涂技术与超音速电弧喷涂技术等,并简洁了这些技术的研究发展趋势与实际应用。
1 超音速火焰喷涂技术1.1 超音速火焰喷涂的发展超音速火焰喷涂(HVOF)是在上个世纪80年代初期由普通的火焰喷涂技术发展而来的一种新型的喷涂技术。
该项技术主要是以氢、丙烯、乙炔以及煤等作为燃料,以氧气作为助燃剂,在特殊的喷嘴中进行燃烧或者是在专门的燃烧室进行燃烧,形成温度高达2000℃-3000℃,速度快至2100m/s的超音速火焰,与此同时将各类粉末送进火焰中,使得粉末粒子呈现熔化或是半熔化状态,并高速运转撞击至基体表面从而在基体表面形成涂层,此类涂层比普通火焰喷涂的涂层更加结实紧密。
1982年在美国出现了第一代超音速火焰喷涂装置,随后超音速火焰喷涂技术得到了长足的发展。
1.2 超音速火焰喷涂原理超音速火焰喷涂以氢、丙烯、乙炔以及煤等作为燃料,利用氧气作为助燃剂,在特殊的喷嘴中进行燃烧或者是在专门的燃烧室进行燃烧产生的高温高速的火焰。
热喷涂技术应用与发展调研分析

热喷涂技术应用与发展调研分析热喷涂技术是一种表面强化和修复的高温技术,通过将涂层材料加热至熔化状态并高速喷射到工件表面,形成一层致密的涂层,从而达到防腐、耐磨、隔热等表面处理目的。
本文将对热喷涂技术的应用领域、技术优势、发展趋势等方面进行调研分析。
热喷涂技术在各个领域都有广泛的应用,主要有以下几个方面:工业领域:热喷涂技术在工业领域的应用十分广泛,如石油化工、电力、制药等。
例如,在石油化工行业中,可以利用热喷涂技术对设备进行防腐处理,提高设备的耐用性和安全性。
汽车领域:汽车行业是热喷涂技术的重要应用领域,主要用于发动机、底盘、车身等部位的防腐、耐磨和隔热处理。
机械领域:机械设备在运转过程中会产生磨损和腐蚀,热喷涂技术可以为机械设备提供有效的表面保护。
例如,在矿冶设备中,利用热喷涂技术可以提高设备的耐磨性和耐腐蚀性。
高效:热喷涂技术可以快速高效地完成大面积表面处理,提高生产效率。
耐磨:热喷涂材料具有高硬度、高耐磨性等特点,可以延长设备的使用寿命。
防腐:热喷涂技术可以形成致密的涂层,有效防止腐蚀,提高设备的耐久性和安全性。
隔热:热喷涂技术可以形成一层隔热材料,有效降低设备表面的温度,提高设备的使用安全性。
经济:热喷涂技术成本较低,可以降低生产成本,提高经济效益。
随着科学技术的不断进步,热喷涂技术也在不断发展创新。
未来,热喷涂技术的发展趋势主要体现在以下几个方面:新材料的应用:随着新材料的不断涌现,热喷涂技术的材料选择范围也越来越广,未来将会有更多新型、高性能的材料应用于热喷涂技术中。
高能束技术的应用:高能束流技术如激光、等离子等在热喷涂技术中的应用将更加广泛。
这些技术的应用可以提高热喷涂层的结合强度和致密性,进一步提高表面处理的质量和效率。
智能化技术的应用:智能化技术在热喷涂技术中的应用将成为未来的发展趋势。
通过引入机器人和自动化技术,可以实现热喷涂过程的自动化和智能化控制,提高生产效率和产品质量。
(整理)热喷涂技术

摘要:介绍了热喷涂技术的特点以及分类,较为详细地介绍和分析了火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂等几种喷涂技术的特点及其应用,并对其进行了比较,最后对热喷涂技术的发展前景进行了展望。
关键词:热喷涂技术,火焰喷涂,电弧喷涂,等离子喷涂Abstract:The characteristics and classification of thermal spray technology were described. Thecharacteristics and applications of the flame spraying, arc spraying and plasma spraying were alsointroduced and analyzed in detail as well as making a comparison between them. Finally, thermalspray technology was predicted.Keywords: thermal spray technology, flame spraying, arc spraying, plasma spraying1前言高新技术的飞速发展对提高金属材料的性能、延长仪器设备中零部件的使用寿命提出了越来越高的要求。
而这两个方面的要求又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题。
近年来,表面工程发展很快,尤其是热喷涂技术获得了巨大进展,为解决上述问题提供了一种新的方法。
热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态,并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。
热喷涂技术在普通材料的表面上,制造一个特殊的工作表面,使其达到:防腐、耐磨、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能,使其达到节约材料,节约能源的目的,我们把特殊的工作表面叫涂层,把制造涂层的工作方法叫热喷涂[1]热喷涂技术的基本特点是具有真正的叠加效应,即多种成分及变量在同时作用和正在应用时产生的效果,远远比这些成分或变量在单独情况下产生的效果要大[2]。
热喷涂技术的发展和应用

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【关键词】热喷涂加工技术、加工原理、应用现状、发展前景。
引言热喷涂是一种迅速发展的表面强化新工艺新技术。
它采用专用设备,利用各种热源将金属或非金属材料加热到熔化或半熔化状态,用高速气流将其吹成微小微粒并喷射到机件表面,形成覆盖涂层,以提高机件耐磨、耐蚀、耐热等性能。
热喷涂技术最早出现在上世纪早期的瑞士,随后在苏联、德国、日本、美困等圉得到了不断的发展,各种热喷涂设备的研制,新的热喷涂材料的开发,新技术的不断应用,使热喷涂涂层质量得到了不断的提高,并不断开拓新的应用领域。
目前,以火焰喷涂、超音速喷涂、电爆喷涂、电容放电喷涂、等离子喷涂为代表的热喷涂技术与设备,以及一系列喷涂喷焊粉末新材料,各种热喷涂技术趋于成熟,喷涂装置日益完善,不仅能喷金属、合金、陶瓷,还能喷涂塑料和复合材料。
近几年来电子计算机在等离子喷涂系统中的应用,使热喷涂技术达到了相当完善的地步,不仅使应用范嗣大为扩展,而且使涂层质量有了质的飞跃。
热喷涂技术不仅涉及到材料学、表面物理化学、流体力学、传热学、等离子物理等,还涉及到机械,计算机和新材料等学科,是一门交叉边缘学科。
热喷涂技术简介热喷涂技术是通过某种热源将某些材料表面加热至熔融或半熔融状态,然后喷射到涂敷的基体表面,形成一层性能优于原来基体的涂层,从而使原工件具有更加优异的表面性能,或者是使工件获得一种或几种原来基体材料不具备的表面性能膜状组织。
热喷涂技术应用及研究进展与挑战

热喷涂技术应用及研究进展与挑战发表时间:2019-05-29T15:08:28.170Z 来源:《防护工程》2019年第4期作者:马斌[导读] 如何制备在喷涂态即可满足腐蚀介质不浸渗的致密涂层依然是热喷涂耐腐蚀涂层制备需要攻克的挑战。
重庆天骄航空动力有限公司重庆市渝北区 401135摘要:热喷涂作为重要的表面工程技术之一,是通过在材料表面制备材料保护涂层与功能涂层,赋予基体材料没有,但服役环境所必须的表面性能的方法。
由于热喷涂可以制备从超过50%孔隙缺陷含量到接近完全致密的任意材料的涂层,基于缺陷控制可满足从可磨耗、耐高温隔热、耐磨损与耐腐蚀等不同服役要求,经过100余年的发展已经形成了包括等离子喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂、普通火焰喷涂等一系列方法,已经成为在众多产业领域,包括航天航空、交通运输、石油化工、电力能源、冶金钢铁、纺织与造纸、机械制造等,提高产品寿命与竞争力不可或缺的技术。
制备可以提供耐磨损、耐环境腐蚀防护、耐高温隔热防护等保护涂层是热喷涂尤为重要的应用方面,热喷涂作为可显著提升结构零件耐磨损的涂层制备方法应用非常广泛,但在动载如冲蚀、空蚀、疲劳磨损、或高应力磨料磨损条件下,涂层材料的耐磨性能尚不能完全发挥;由于涂层总是存在一定的孔隙,难以以制备态直接用作长效耐腐蚀防护涂层,适当的封孔处理成为其用作耐腐蚀涂层的必要条件;包括以燃气轮机热障涂层为代表的耐高温隔热涂层等在航空与地面重型燃机中的应用,在欧美热喷涂市场中约占比60%,随着我国燃气轮机技术的发展,该市场潜力有望逐步得到发掘。
关键词:热喷涂技术;应用;进展;挑战引言:热喷涂耐磨损涂层性能的进一步提升不仅需要开发新型硬质耐磨材料以及宽温域自润滑材料,还需要结合材料开发,发展可使粒子间结合充分的涂层制备方法,其次,基于涂层结构特征与服役性能关系控制磨损服役条件,防止源于粒子间脱落的加速磨损是确保长效磨损保护的基础。
如何制备在喷涂态即可满足腐蚀介质不浸渗的致密涂层依然是热喷涂耐腐蚀涂层制备需要攻克的挑战。
04热喷涂技术

机电工程学院 赵占西
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第4章 热喷涂技术
一、热喷涂技术原理与特点
4.1 热喷涂技术
1.热喷涂原理(分类:根据热源的不同)
2019/11/2
机电工程学院 赵占西
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第4章 热喷涂技术
一、热喷涂技术原理与特点
4.1 热喷涂技术
2.热喷涂技术的特点(优点)
(1)各种基体___各种涂层:金属、陶瓷、工程塑料 等既可用作热喷涂材料又都可以作为热喷涂的基材。
②延长铝和锌防护涂层的寿命;
③在某些机械部件中防止液体和压力的密封泄露;
④防止污染或研磨碎屑碎片进入涂层;
⑤保持陶瓷涂层的绝缘强度。
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机电工程学院 赵占西
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第4章 热喷涂技术
一、热喷涂技术原理与特点
4.1 热喷涂技术
7.热喷涂工艺流程(常用封孔剂)
类型
封孔剂
非干燥型 石蜡、油脂、油
一、热喷涂技术原理与特点 7.热喷涂工艺流程(粗化要求)
4.1 热喷涂技术
2019/11/2
机电工程学院 赵占西
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第4章 热喷涂技术
一、热喷涂技术原理与特点
7.热喷涂工艺流程 (粘结底层)
4.1 热喷涂技术
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机电工程学院 赵占西
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第4章 热喷涂技术
一、热喷涂技术原理与特点 7.热喷涂工艺流程(影响因素)
一、热喷涂技术原理与特点
2.热喷涂技术的特点(缺点) 热效率低; 材料利用率低; 涂层与基材结合强度较低。
4.1 热喷涂技术
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机电工程学院 赵占西
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第4章 热喷涂技术
一、热喷涂技术原理与特点
热喷涂材料的研究和开发

热喷涂材料的研究和开发随着人们生活水平的不断提高,高性能材料逐渐成为了各个领域的研究重点。
其中,热喷涂技术(HVOF)作为一种新型的涂覆材料技术,日益得到大家的重视。
它不仅可以为材料表面提供良好的保护性能,还可以改善材料的强度、耐磨性和附着力等物理性能。
本文将探究热喷涂材料的研究和开发,以期为相关领域的研究人员提供一些有价值的参考。
一、热喷涂技术的原理热喷涂技术是一种通过高温气流将粉末状材料喷射到被涂覆物表面的工艺。
它主要由热喷涂设备和喷涂材料两部分组成。
喷涂材料包括金属涂料、陶瓷涂料、聚合物涂料和生物涂料等。
其中,金属涂料和陶瓷涂料是应用最为广泛的两种材料。
在喷涂过程中,热喷涂设备将粉末状的金属或陶瓷材料喷射到被涂覆物的表面,产生高速热流和热冲击。
荷载作用下材料表面的块状粒子会在接触面产生相互作用产生挤压变形和塑性变形,这部分形变随后就会转化为应变能,并通过产生的各种塑性流动来向整体变形传递,从而产生整体的形变。
在热喷涂技术的使用过程中,使用曲线光谱重点关注于热喷涂后的材料表面和形态。
通过对材料表面和形态的分析,我们可以推断出材料的物理性能、化学性质和微观结构等方面的信息。
二、热喷涂材料的研究与开发随着热喷涂技术的发展,近年来对热喷涂材料的研究与开发也得到了迅速发展。
热喷涂材料的研究领域广泛,包括化学、物理、机械、材料科学等不同领域。
其主要目标是优化材料的物理性能,以满足不同领域的需求。
其中,以下几点是热喷涂材料研究方向的集中:1. 金属涂料:金属涂料是热喷涂材料研究的重点。
其主要功能包括提供高耐磨性、耐磨性、防腐性和化学稳定性等。
目前,大多数金属涂料是由铝、锌、铜、钛、镍等单一或合金材料组成。
相比于其他材料,金属涂料更可靠、更精准,并且能够在各种温度和环境中工作。
2. 陶瓷涂料:陶瓷涂料在热喷涂技术中的应用也很广泛。
其应用不仅可以提高原材料的防磨损和防腐蚀性能,还可以增加材料的粘附性和抗剥离性能。
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三阴极等离子喷涂示意图
100 HE
高能等离子喷涂
高能等离子喷涂是为满足陶瓷材料对涂层密度和结合强度以及喷
涂效率的更高需求而开发的一种高能、高速的等离子喷涂技术, 其特 点是在电弧电流与普通大气等离子喷涂相当的条件下, 利用较高的工 作电压(可达几百伏)提高功率, 并采用更大的气体流量来提高射流的 流速。
热喷涂技术的研究进展
1、热喷涂技术概论
原理 热喷涂技术是一种将涂层材料(粉末或丝材) 送入某种热源(电弧、燃烧火焰、等离子体等)中 熔化, 并利用高速气流将其喷射到基体材料表面 形成涂层的工艺 。
涂层结构特点
特点
a. 能赋予基体以多种功能的表面;
b. 设备轻便,可现场施工;
c. 除喷焊外,对基材加热温度较低,工件 变形小,金相组织及性能变化也较小。
电弧超音速喷涂示意图
电弧喷涂的特点
优点:
a. 涂层性能优异,与基体的结合力高; b. 经济、节能、效率高; c. 安全 电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气,不用 氧气、乙炔等易燃气体助燃,安全性高 ; d.可制备伪合金涂层; 用金属, 而不能使用陶瓷,限制了电弧喷涂的应用范围。
等离子喷涂原理
等离子喷涂特点
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。
等离子喷涂研究进展
随着热喷涂技术的 飞速发展, 国际上等 离子喷涂占有明显 优势, 并已开发出三 阴极等离子喷涂、
PROTAL预处理工艺原理示意图
等离子喷涂后处理工艺
等离子喷涂后处理工艺的明显进步是采用激光重熔技术,利用等离子 喷涂形成陶瓷涂层后,随即就对热态的喷涂陶瓷层进行激光等离子加 热,其工作原理如图所示。由于等离子喷涂工艺特征决定了涂层呈层 状结构,涂层内存在较高的孔隙率和亚稳相,金属/陶瓷界面上存在较 大的残余应力且涂层结合强度不高,这些因素可能使涂层在使用过程 中容易失稳,引起脱落失效。陶瓷涂层经激光重熔后可减少孔隙率、 降低裂纹数、使陶瓷涂层中的亚稳相向稳定相转变,提高涂层的表面 硬度、耐磨性以及抗热震等性能。
d. 喷涂操作的程序较少,施工时间较短,效率 高,比较经济。
分类 (1)电弧喷涂(电弧为热源) (2)等离子喷涂(等离子体为热源) (3)火焰喷涂(燃烧火焰为热源)
2.电弧喷涂
电弧喷涂是以电弧为热源,将熔化的金属丝用高速气
流雾化,并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工 艺 。电弧喷涂过程可分为三个阶段:熔滴形成及雾化 阶段;熔滴飞行阶段;熔滴撞击基体,相互交错粘结形成 涂层阶段
应用: 1.重大件的修复:轴类零件修复;造纸烘
钢的修复;航天发动机的修复 2.严重腐蚀环境下的大面积防蚀涂层; 3.装饰涂层 4.填平和修补焊缝缺陷
等离子喷涂
等离子及等离子弧的产生 常规状态下原子是呈电中性的,气体在常温
状态下也是不导电的,但是如果外界通过改变条 件给予气体分子或原子分子以相当的能量时,就 会造成电子脱离原子成为自由电子而带正电荷, 这就是所谓的气体产生电离的现象,这也就是等 离子喷涂的等离子体和等离子弧的产生原理 。
悬浮式等离子喷涂示意图
反应等离子喷涂
反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果, 该方法在真空等离子喷涂过程中,在喷嘴出口处的等离子射 流中加入反应气体(如N2),反应气体与加热中的喷涂颗粒相 互作用,进而得到新的生成物。 例如,用这种方法可以获得TiN涂层,它是靠喷涂钛粉和注入 N2反应后得到的,其工作原理如图所示。TiN具有高熔点、 高硬度、耐磨、耐蚀等特点,并且还具有优良的导电性和超 导性。 反应等离子喷涂制备 TiN涂层克服了传统的物理或者化 学气相沉积(PVD及CVD)工艺 制备TiN 涂层,存在沉积速 率低、涂层厚度过薄的缺点,可制备纳米晶TiN涂层, 涂层厚度可达500µm。
悬浮式送粉等离子喷涂
悬浮式送粉等离子喷涂是一种采用液料 送粉方式, 可直接喷涂纳米粉末且可以形 成超薄纳米涂层的新型喷涂技术传统的非 团聚喷涂粉末粒子半径必须大于10µm, 涂 层厚度一般大于125µm。悬浮等离子喷涂 采用液料为介质, 使用分散剂将粒子分散 在液料中(液料一般为酒精)行成悬浮液, 通 过液料送粉器将悬浮液送入到等离子弧中, 液料溶剂迅速蒸发, 溶剂中的粉末被等离 子弧加热熔化喷射到基体上形成涂层。这 种方式克服了喷涂粒子半径的限制, 不仅 实现了非团聚的纳米粉末直接进行喷涂, 而且可制备涂层厚度仅25µm 的超薄涂层 。
高能等离子喷涂、
微弧等离子喷涂和
悬浮等离子喷涂等 多种新技术
等离子 喷涂
三阴极 等离子 喷涂
高能 等离子 喷涂
微 等离子 喷涂
悬浮 等离子 喷涂
超音速 电弧 与火焰 喷涂
三阴极等离子喷涂
喷枪由3个阴极和由几个被绝缘的环体串联 组成的喷嘴组成, 只有离阴极相对远的最后 一个环体作为阳极工作。由于从3个阴极到 同一个阳极产生的3个独立电弧的长度稳定 不变, 3束等离子射流在汇流腔内汇聚成一 束主等离子流, 形成空心管状射流从喷嘴喷 出, 从而产生了稳定的等离子喷射。
高 能 等 离 子 喷 枪
喷涂WC-Co涂层的粒子平均速度可达527m/s; 同时还具有较高的喷涂效率 (可达200g/min)和沉积效率(可达95%)
微等离子喷涂
微等离子喷涂是20世纪90年代由乌克兰巴顿焊 接研究所开发的, 它的特点是具有层流等离子 射流、发射角只有2°~ 6°(普通的等离子枪的 发射角达10°~ 18°)、功率低( 1~ 3 kW )、基 体受热低、噪声小( 30~ 50 dB) , 可在极薄的基 体(如0.5mm厚的不锈钢薄板或1.0 mm 厚的锰 片)上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低, 但 能量集中, 其束斑直径小于5 mm, 所以仍可喷 涂各种材料, 特别适宜制备小零件及薄壁件的 精密涂层, 且该设备重量轻, 适合于现场的维修 工作。
反应等离子喷涂示意图
PROTAL预处理工艺
在常规的热喷涂工艺中基体需要去油和主要用金钢砂喷砂处理。相反, PROTAL预处理工艺采用高能量激光束与基体表面相互作用,减少基体与 熔融粒子碰撞前的氧化层和其它污染,仅10ns的短暂脉冲的使用, 使基 体表面第一批原子层烧蚀而获得无污染的表面,其工作原理如图所示。 这种喷涂前预处理工艺可以在表面没有粗化处理的情况下,使涂层获得 相对好的附着力。