高效能超音速等离子喷涂系统

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1、高效能超音速等离子喷涂系统及其应用作者：王海军朱胜郭永明摘要：超咅速等离子喷涂技术是当今热喷涂技术领域的重点发展方向之一。由于具有焰流温度高、射流速度快等特点，超音速等离子喷涂技术儿乎可以喷涂任何粉末材料，且能够制备出高质量的涂层，特別是高质量的陶瓷涂层。装甲兵工程学院自行研制的具有自主知识产权的高效能超音速等离子喷涂系统成功实现了低功率(<80KW)、小气体流量(<5m3/h)下的超音速等离子喷涂，其各项性能指标明显优于国外同类产品。高效能超音速等离子喷涂技术在国防、工业及航空航天等重要领域有着广泛的应用前景，已成为高科技维修

2、、制造与再制造的关键技术。热喷涂技术是将喷涂材料(粉末或丝材)送人某种热源(电弧.燃烧火焰、等离子体等)屮加热至比较好的熔融状态，并利用高速射流或气流将其喷射到基体表面形成涂层的一种工艺。热喷涂技术最早出现于20世纪初期的瑞士。近百年来，随着各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用，热喷涂涂层的质量不断得到提高。特別是20世纪40年代等离子喷涂技术产生后，热喷涂技术已广泛应用于军事、航空航天、纺织、机械、电力及生物工程等各个领域。随着高科技的发展，现代工业要求涂层更为致密、强度更高、可靠性更好。而涂层的致密性、结

3、合强度和可靠性在很大程度上依赖于喷射熔滴的熔化程度和速度，于是高能、高速和高效喷涂成为了当今国内外热喷涂技术的主要发展方向。所谓超音速等离子喷涂是利用非转移型等离子弧与高速气流混合时出现的“扩展弧”，得到稳定聚集的超音速等离子焰流进行喷涂的方法。与普通等离子喷涂、爆炸喷涂、高速火焰喷涂等其他喷涂技术相比，超音速等离子喷涂兼有焰流温度高和粒子飞行速度快的优点，等离子弧中心温度可达32000K,粒子速度能达到400〜800m/So超音速等离子喷涂特别适合喷涂各种高熔点陶瓷、难熔金属和金属陶瓷等喷涂材料，获得的涂层致密性、强韧性和结合

4、强度都有显著的提高。一.国内外现状美国从20世纪80年代屮期率先投入研究，到80年代后期，国际上对超音速等离子喷涂技术的研究仍处于起步阶段。美国Browning公司在1986年推出了试验研究型超音速等离子喷涂系统(P1azJet),90年代中期美国TAFA公司将Browning公司的超音速等离子喷涂系统(P1azJet)商业化，并进一步加大了喷涂功率，代表了当时世界的先进水平。它是通过大气体流量(21m3/h)的气动力提高射流速度，以大功率(270KW)保证射流的足够热焰值。这种设计思路造成了能量消耗大、能量转换率低，以及喷涂成

5、本较高，限制了其推广运用。1997年，我国河北涿州引进了一套(PlazJet)系统。使用证明，该系统在喷涂速度和喷涂质量上与常规等离子喷涂相比有明显提高。但由于气体和功率消耗量大，运行成本大幅度提高，因此不适合我国的实际国情。装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室瞄准国际热喷涂技术的发展前沿，结合国内情况白行研制成功了低功率、小气体流量的高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)o突破了传统的依靠提高功率和气体流量来获得超咅速射流的方法；首次提出了在低功率、小气体流量条件下实现超音速等离子射流的设计思路；发明了高效能超咅

6、速等离子喷涂枪;在国内外率先研制出大功率(80kw)、高电压(200V)逆变式等离子喷涂电源；配备了先进的喷涂过程自动控制、故障自动监测控制柜。该系统具有明显的独创性、新颖性和实用性，其价格和运行成木仅为美国TAFA公司的PlazJet高能高速等离子喷涂系统的1/3。高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)的研制成功，使我国成为继美国之后笫二个能够生产成套超音速等离子喷涂系统的国家，填补了我国自主制造超音速等离子喷涂设备的空白，并率先在国内外将该系统推向工程应用的前沿。而且提高了我国热喷涂技术的发展水平，为我军现代武器装备提供

7、了高科技的表面工程和绿色再制造手段，具有重大的军事效益和经济效益，应用前景广阔。该系统总体达到国际先进水平，其核心技术——高效能超音速等离子喷枪属国际领先。获得了国防发明专利，专利号：01101077.0。2002年获得全军科技进步一等奖，2003年获得国家科技进步二等奖。二、高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)1.系统组成HEPJet系统主要包括：核心部件——超音速等离子喷枪、HEPJ—II型逆变式等离子喷涂电源、PLC过程控制与状态点监测和报警控制柜、循环冷却制冷式热交换器、螺杆推进式送粉器及水电气分配器等部件。如图1

8、所示。制柜热交换器电源*1簣离f喷枪送粉器:图1高效能超音速等离子喷涂系统组成1.系统的特点(1)突破传统的依靠大功率、大气体流量来获得超咅速射流的思想，科学应用单阳极拉伐尔喷管技术，采用独具特色的低功率、小气体流量的结构设计，在较低的能耗下得到了高能量密度、高