等离子喷涂原理与应用

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1、章源投资控股有限公司ZhuangYuanInvestmentHoldingCo.Ltd.等离子喷涂基础知识与实例分析主讲人：唐炜July.2,2012目录等离子喷涂的定义、原理和特点等离子喷涂与其它表面改性技术的区别等离子喷涂的发展史等离子喷涂的基材表面预处理等离子喷涂涂层的检测方法等离子喷涂设备等离子喷涂应用举例等离子喷涂的定义、原理和特点plasmacoating;plasmaspraying等离子喷涂等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。等离子涂技术是采

2、用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。等离子喷涂的定义、原理和特点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）因为等离子喷涂能使粉末获得较大的动能，且粉末温度又高，所以，喷涂获得的涂层致密度，一般在90%-98%之间，结合强度可达65-70MPa。3）对工作热影响小等离子喷涂时，喷

3、涂后基体组织不发生变化，工件几乎不产生变形。4）效率高等离子喷涂时，生产效率高，采用高能等离子喷涂时，粉末的沉积速率达8Kg/h。等离子喷涂具有以下特点：等离子喷涂与其它表面改性技术的区别1.与火焰喷涂的区别等粒子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种精密喷涂方法。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

4、合一些熔点较低的喷涂材料。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。2）条件不同等离子喷涂可以直接在大气环境下气

5、相沉积必须在高真空下进行等离子喷涂与其它表面改性技术的区别3）涂层组织结构与厚度不同等离子喷涂涂层的组织为层状堆积，涂层存在大量粒子间界面和气孔等缺陷。气相沉积涂层是致密的几微米厚的薄膜材料4）性能上的不同等离子喷涂在某种程度上提高了涂层的性能，气相沉积大大提高了材料的性能等离子喷涂的发发展史19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际上是等离子体实验研究的起步时期。1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。美国的I.朗缪尔在1928年首先引入

6、等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。从20世纪30年代起，磁流体力学及等离子体动力论逐步形成。等离子体的速度分布函数服从福克－普朗克方程。苏联的Л.Д.朗道在1936年给出方程中由于等离子体中的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。1938年苏联的A.A.符拉索夫提出了符拉索夫方程，即弃去碰撞项的无碰撞方程。朗道碰撞积分和符拉索夫方程的提出，标志着动力论的发端。1942年瑞典的H.阿尔文指出，当理想导电流体处在磁场中，会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。印度的S.钱德拉塞卡在1942年提出用试探粒子模型来研究弛豫过程。1946年朗道证明

7、当朗缪尔波传播时，共振电子会吸收波的能量造成波衰减，这称为朗道阻尼。朗道的这个理论，开创了等离子体中波和粒子相互作用和微观不稳定性这些新的研究领域。等离子喷涂的发发展史从1935年延续至1952年，苏联的H.H.博戈留博夫、英国的M.玻恩等从刘维定理出发，得到了不封闭的方程组系列，名为BBGKY链。由它可导出符拉索夫方程等,这给等离子体动力论奠定了理论基础。1950年以后，因为英、美、苏等国开始大力研究受控热核反应，促使等离子体物理蓬勃发展。热核反应的概念最早出现于1929年，当时英国的阿特金森和奥地利的豪特曼斯提出设想，太阳内部轻元素的核之间的热

8、核反应所释放的能量是太阳能的来源，这是天然的自控热核反应。1957年英国的J.D.劳孙提出受控热核反应实现能量增益的条件，