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等离子喷涂的原理是什么?

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作者 : Pei Ze Technology
更新时间 : 2022-02-28 11:15:00
  等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性技术,可使基材表面具有耐磨、耐腐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。 等离子喷涂技术是以直流电驱动的等离子弧为热源,将陶瓷、合金、金属等材料加热至熔融或半熔融状态,并高速喷涂在预处理工件表面形成 坚固的表面层。等离子喷涂也用于医疗目的。 在人造骨表面喷上几十微米的一层,作为强化人造骨和增强其亲和力的方法。 
特点:
等离子喷涂技术是继火焰喷涂后大力发展起来的一种新型多用途精密喷涂方法。 具有:①超高温特性,便于喷涂高熔点材料。②喷涂颗粒速度快,涂层致密,结合强度高。③由于采用惰性气体作为工作气体,喷涂材料不易氧化。
等离子的形成(以N2为例):
在0°k时,N2分子的两个原子呈哑铃状,仅沿x、y和z方向运动;
大于10°k时,开始旋转;
大于10000°k时,原子间会发生振动,分子间碰撞会使分子解离,成为单原子:
N2+Ud——>N+N 其中Ud为解离能
如果温度再次升高,原子将被电离: N+Ui——>N++e 其中 Ui 是电离能
气体电离后,空间中不仅有原子,还有正离子和自由电子。这种状态称为等离子体。
等离子体可分为三类:①高温高压等离子体,电离度100%,温度数亿度,用于核聚变研究;②低温低压等离子体,电离度小于1%,温度仅为50-250度;③在高温低压等离子体中,1%以上的气体被电离,温度达几万度。离子、自由电子和未电离原子的动能接近热平衡。热喷涂中使用的正是这种类型的等离子体。

喷涂原理:等离子喷涂是通过等离子弧进行的。离子弧是压缩弧。与自由电弧相比,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、电弧稳定性好等特点。
根据电源连接方式的不同,等离子弧的形式有以下三种:
①非转移弧:指阴极和喷嘴之间产生的等离子弧。在这种情况下,正极与喷嘴相连,工件不带电,阴极与喷嘴内壁之间产生电弧。工作气体被阴极和喷嘴之间的电弧加热,引起全部或部分电离,然后从喷嘴喷出。等离子火焰(或等离子射流)。这种类型的等离子弧用于粒子喷涂。②转移弧:电弧离开喷枪,转移到被加工件上的等离子弧上。在这种情况下,喷嘴不接电源,工件接正极,电弧在喷枪的阴极和阳极(工件)之间飞行,工作气体围绕电弧送入然后从喷嘴喷出。等离子切割、等离子弧焊、等离子弧熔炼均采用这种等离子弧。③复合弧:非转移弧点燃转移弧并加热金属粉末,转移弧加热工件在表面产生熔池。在这种情况下,喷嘴和工件都连接到正极。等离子喷焊使用这种等离子弧。进行等粒子喷涂时,**先在阴极和阳极(喷嘴)之间产生直流电弧。电弧将引入的工作气体加热并电离成高温等离子体,从喷嘴喷出,形成等离子体火焰。等离子火焰的温度非常高。中心温度可达30000°K,喷嘴出口温度可达15000~20000°K。喷嘴出口火焰速度可达1000~2000m/s,但衰减较快。粉体由送粉气送入火焰中熔化,并通过火焰流加速获得150m/s以上的速度,喷到基材上形成薄膜。


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