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等離子噴涂的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢

   等離子噴涂作為是表面工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，因其具有涂層硬度高、耐磨性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，已在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。經(jīng)過整理搜集，下面筆者就為大家簡單介紹下等離子噴涂技術(shù)。

    一、等離子噴涂的工作原理：

    等離子噴涂是以等離子弧為熱源的熱噴涂，指利用等離子弧將金屬或非金屬粉末加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并隨高速氣流噴射到工件表面形成覆蓋層，以提高工件耐蝕、耐磨、耐熱等性能的表面工程技術(shù)。其中等離子弧是一種高能密速熱源，當(dāng)噴槍的鎢電極（陰極）和噴嘴（陽極）分別接電源負(fù)極和正極（工件不帶電）時(shí)，通過高頻振蕩器激發(fā)引燃電弧，使供給噴槍的工作氣體在電弧的作用下電離成等離子體。由于熱收縮效應(yīng)、自磁收縮效應(yīng)和機(jī)械收縮效應(yīng)的聯(lián)合作用，電弧被壓縮，形成非轉(zhuǎn)移型等離子弧。

二、等離子噴涂的特點(diǎn)：

    1、由于熱收縮效應(yīng)、自磁收縮效應(yīng)和機(jī)械收縮效應(yīng)的聯(lián)合作用，所形成的非轉(zhuǎn)移型等離子弧可以獲得高達(dá)10000攝氏度以上的高溫，且熱量集中，因此可以熔化各種高熔點(diǎn)、高硬度的粉末材料。

    2、等離子焰流速度高達(dá)1000m/s，噴出的粉粒速度可達(dá)180-600m/s，因此可以獲得組織致密、氣孔率低、與基材結(jié)合強(qiáng)度高(65-70MPa)、涂層厚度易于控制的噴涂層。

    3、等離子噴涂過程中零件不帶電，且受熱溫度低(表面溫度一般不超過250℃），因此噴涂過程中零件基本無變形，母材的組織性能亦無變化，且不改變其熱處理性質(zhì)。特別適合于高強(qiáng)度鋼材、薄壁零件、細(xì)長零件等的噴涂。

    4、效率高。等離子噴涂是，生產(chǎn)效率高。采用高能等離子噴涂設(shè)備時(shí)，粉末的沉積率可達(dá)8kg/h。

三、等離子噴涂耐磨涂層的應(yīng)用：

    摩擦、磨損是一切機(jī)器設(shè)備工作中存在的普遍現(xiàn)象，有相當(dāng)一部分零部件是由于摩擦磨損而造成失效報(bào)廢的等離子噴涂涂層最典型的應(yīng)用就是耐磨涂層。等離子噴涂陶瓷和金屬陶瓷涂層，不僅可以使零部件具有高的硬度，優(yōu)異的耐磨性；而且涂層摩擦系數(shù)低，能耗小，在機(jī)械、航空等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。噴涂材料一般選用Al2O3、Cr2O3、TiO2等陶瓷粉末。

    減小磨損的另一個(gè)途徑是減小相互接觸表面的摩擦系數(shù)。等離子噴涂鋁及鋁合金復(fù)合材料涂層，在邊界潤滑條件下，可表現(xiàn)出極好的耐磨性，有優(yōu)異的抗粘著磨損能力。同時(shí)，由于噴涂工藝的要求，可使涂層結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低,質(zhì)量優(yōu)異且穩(wěn)定。如在內(nèi)燃機(jī)釩欽灰鑄鐵活塞環(huán)上等離子噴涂Mo+28%NiCrBS復(fù)合材料涂層代替鍍鉻，涂層厚度0.5~0.8mm，硬度1100HV。即使在較高溫度下，即使時(shí)間延長，涂層硬度也不會發(fā)生改變；并且，在相同的工況下，摩擦系數(shù)從原來的0.110下降到0.089，顯示出噴鋁涂層在有潤滑條件下，具有良好的抗咬合性，并能承受瞬時(shí)的摩擦高溫，是目前理想的活塞環(huán)涂層。

四、等離子噴涂其它涂層的應(yīng)用：

    1、耐熱涂層耐熱涂層多應(yīng)用與高溫工程，它包括抗高溫氧化、高溫隔熱等，一般采用氧鋁作為耐熱涂層，廣泛用于航空發(fā)動機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)等高溫工作下零部件的表面，起隔熱作用。現(xiàn)有的高溫合金（如高溫鎳合金使用的極限溫度為1075攝氏度）和冷卻技術(shù)都難以滿足設(shè)計(jì)要求，解決這一問題的辦法就是在承受高溫的零部件上噴涂熱障涂層，以起到阻止熱的傳遞，防止基體金屬溫度升高或降低基體的受熱溫度等作用。

    2、防腐蝕涂層選擇這類涂層比較復(fù)雜，因?yàn)榱慵�的服役狀態(tài)，環(huán)境溫度和各種介質(zhì)對涂層材料都有一定的要求，一般采用鈷基合金、鎳基合金和氧化陶瓷等作為涂層材料，通過提高涂層的致密性，堵住腐蝕介質(zhì)的滲透，合理匹配涂層材料與零件基材的氧化以還原點(diǎn)位，防止電化學(xué)腐蝕，常應(yīng)用于耐化學(xué)腐蝕的液體泵等。

    3、電絕緣與導(dǎo)電涂層這類涂層具有一定的特性，按其性質(zhì)可分為：導(dǎo)電涂層、電氣絕緣涂層和電磁波屏蔽涂層，一般采用氧化鋁陶瓷等作為介電涂層，常用于加熱器管道，烙鐵焊頭等；采用鋁、銅作為導(dǎo)電涂層，常用于電容器、避雷器等。

    4、恢復(fù)尺寸涂層這類涂層主要用于修補(bǔ)因磨損或加工超差的零件。對涂層材料的選擇主要取決與零件的使用要求，常用于軸類、盤類等。

    5、間隙控制涂層在氣體壓力驅(qū)動的機(jī)械效率取決于機(jī)器的密封能力，因而要求轉(zhuǎn)動與靜止零件之間具有非常緊密的配合間隙，常用于壓縮機(jī)和渦輪機(jī)部件。

五、等離子噴涂的發(fā)展趨勢

    隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,等離子噴涂技術(shù)也正朝著高效、大功率方向發(fā)展。等離子噴涂在傳統(tǒng)的耐磨、耐熱、抗氧化、耐腐蝕等方面已經(jīng)有了十分廣泛的應(yīng)用，近年來，正試圖在生物、超導(dǎo)、復(fù)合材料以及材料近凈成形和超細(xì)微粉制備等高科技領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢，而且已得到了一定的應(yīng)用。

    在噴涂工藝方法上，近年來也有許多改進(jìn)，如噴涂后涂層在氫氣保護(hù)下用熱等靜壓技術(shù)處理，可使涂層的結(jié)合強(qiáng)度提高40%以上，激光重熔可使涂層的硬度、耐磨性和致密度都得到極大提高，真空等離子噴涂和激光等離子混合噴涂等噴涂方法可使涂層的結(jié)合強(qiáng)度大幅增加。隨著等離子噴涂技術(shù)、設(shè)備和工藝的不斷改進(jìn)和完善，如能進(jìn)一步提高噴涂效率，降低成本，并與其它表面技術(shù)結(jié)合起來揚(yáng)長避短，這項(xiàng)技術(shù)將會有更加廣闊的應(yīng)用前景。