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等離子噴涂的應用及其發(fā)展趨勢

   等離子噴涂作為是表面工程中的一項重要技術，因其具有涂層硬度高、耐磨性能優(yōu)異等優(yōu)點，已在國民經(jīng)濟的各個領域獲得廣泛應用。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。

    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。其中等離子弧是一種高能密速熱源，當噴槍的鎢電極（陰極）和噴嘴（陽極）分別接電源負極和正極（工件不帶電）時，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、自磁收縮效應和機械收縮效應的聯(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：

    1、由于熱收縮效應、自磁收縮效應和機械收縮效應的聯(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、高硬度的粉末材料。

    2、等離子焰流速度高達1000m/s，噴出的粉粒速度可達180-600m/s，因此可以獲得組織致密、氣孔率低、與基材結(jié)合強度高(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)。特別適合于高強度鋼材、薄壁零件、細長零件等的噴涂。

    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備時，粉末的沉積率可達8kg/h。

三、等離子噴涂耐磨涂層的應用：

    摩擦、磨損是一切機器設備工作中存在的普遍現(xiàn)象，有相當一部分零部件是由于摩擦磨損而造成失效報廢的等離子噴涂涂層最典型的應用就是耐磨涂層。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，在機械、航空等領域應用廣泛。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，由于噴涂工藝的要求，可使涂層結(jié)合強度高，孔隙率低,質(zhì)量優(yōu)異且穩(wěn)定。如在內(nèi)燃機釩欽灰鑄鐵活塞環(huán)上等離子噴涂Mo+28%NiCrBS復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用：

    1、耐熱涂層耐熱涂層多應用與高溫工程，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，燃氣輪機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）和冷卻技術都難以滿足設計要求，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雜，因為零件的服役狀態(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位，防止電化學腐蝕，常應用于耐化學腐蝕的液體泵等。

    3、電絕緣與導電涂層這類涂層具有一定的特性，按其性質(zhì)可分為：導電涂層、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、銅作為導電涂層，常用于電容器、避雷器等。

    4、恢復尺寸涂層這類涂層主要用于修補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)動的機械效率取決于機器的密封能力，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，常用于壓縮機和渦輪機部件。

五、等離子噴涂的發(fā)展趨勢

    隨著科學技術的飛速發(fā)展,等離子噴涂技術也正朝著高效、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)有了十分廣泛的應用，近年來，正試圖在生物、超導、復合材料以及材料近凈成形和超細微粉制備等高科技領域發(fā)揮優(yōu)勢，而且已得到了一定的應用。

    在噴涂工藝方法上，近年來也有許多改進，如噴涂后涂層在氫氣保護下用熱等靜壓技術處理，可使涂層的結(jié)合強度提高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)合強度大幅增加。隨著等離子噴涂技術、設備和工藝的不斷改進和完善，如能進一步提高噴涂效率，降低成本，并與其它表面技術結(jié)合起來揚長避短，這項技術將會有更加廣闊的應用前景。