电泳技术

冷气动力喷涂临界速度临界速度是指喷涂粒子碰撞基体材料前能正常形成涂层的速度。当高压气体携带粉末材料经喷枪喷嘴加速后，能否形成所期望的涂层，粉末材料的飞行速度十分关键，是冷气动力喷涂最重要的工艺参数。粒子碰撞基体材料前的速度，对于一定的喷涂材料存在一定的临界速度。只有超过临界速度的喷涂粒子才能形成涂层。根据不同的种类的材料，喷涂粒子的临界速度一般为５００～７００ｍ／ｓ。高速金属粒子碰撞基体后产生局部高压以及大的塑性变形，破碎并挤出粒子和基体表面的氧化膜，使粒子与基体间达到新鲜金属间紧密接触。对于给定材料，临界速度的存在意味着粒子的结合需要一定的塑性变形量。因此喷涂粒子的加速行为以及碰撞基体的变形行为是非常重要的，碰撞粒子速度对粒子与基体变形碰撞界面温度升高影响较大。随着喷涂粒子速度的增加，

冷气动力喷涂设备组成 冷气动力喷涂设备由控制装备、喷枪、加热器、送粉器、喷涂机械手及其他辅助装置组成。冷气动力喷涂系统的核心是喷枪拉瓦尔（Ｌａｖａｌｎｏｚｚｌｅ）喷嘴和加热器。冷气动力喷涂设备组成

冷气动力喷涂冷气动力喷涂技术（ＣＧＤＳ）是近期发展起来的一门新兴的表面工程新技术。２０世纪８０年代中期由俄罗斯人Ａｌｋｉｍｏｖ等人偶然发现了该项技术，并且利用该项技术在不同的基体上喷涂沉积纯金属、合金和金属陶瓷复合涂层。到了２０世纪９０年代获得实用冷气动力喷涂专利技术，于２０００年推出第一台商用计算机控制的冷气动力喷涂设备。冷气动力喷涂技术是一项既经济又实用的喷涂技术，可用于材料的表面涂层制备，改善和提高材料的表面性能。如：耐磨性、耐蚀性、导电性、材料的力学性能等其他功能，最终达到提高产品质量的目的。冷气动力喷涂技术是在低温状态下实现涂层的沉积，涂层中形成的残余应力低（主要是压应力），涂层厚度可达到数毫米；对基体热影响区小，对喷涂粉末无任何热影响，无氧化，无污染

高速等离子喷涂主要工艺参数有研究结果表明：喷嘴孔径和喷涂距离是影响涂层性能的两个重要工艺参数。（１）喷嘴孔径的影响ＰｌａｚＪｅｔ高速等离子喷涂系统配有三种型号的喷嘴。喷涂Ｃｒ２Ｏ３时高能等离子枪比普通等离子焰流长４～６倍。（２）喷涂距离的影响ＰｌａｚＪｅｔ喷涂系统粒子速度的测试结果表明，粉末粒子在距离喷嘴出口１６０～１８０ｍｍ时，速度基本达到最大，而ＰｌａｚＪｅｔ的射流长度一般为１３０～１５０ｍｍ，为避免等离子焰流对喷涂工件的传热，正常的喷涂距离应大于１８０ｍｍ。ＰｌａｚＪｅｔ喷涂系统喷嘴特性喷嘴型号 喷嘴孔径／ｍｍ         形状特征Ａ 

高速等离子喷涂涂层和工艺特点ＰｌａｚＪｅｔ高速等离子喷涂系统与普通大气等离子喷涂相比，有以下特点：１）等离子射流集中、焰流长。由于弧柱受到长距离压缩，使得等离子射流集中，能量密度高，喷嘴外射流长度是普通等离子的３～４倍。２）喷涂粉末加热时间长，熔粒速度高，喷涂速率高。由于喷嘴外等离子射流的长度可达１３０ｍｍ以上，粉末在焰流中停留的时间相对较长，熔粒的飞行速度是普通等离子的２～３倍，可大幅度提高送粉量，使喷涂速率提高４～８倍。３）等离子射流功率大、温度高、适合喷涂高熔点的金属氧化物涂层。正常使用功率为２００ｋＷ，射流温度达７０００℃，射流长度达１３０ｍｍ，可使高熔点粉末粒子在获得高速度的同时得到充分的加热而呈熔化或半熔化状态。４）涂层结合强度高，孔隙率低，硬度

高速等离子喷涂设备组成ＰｌａｚＪｅｔ高速等离子喷涂系统的设备组成与普通等离子类似，也是由喷枪、整流电源、控制系统、热交换系统、送粉器、水电转接箱六部分构成。与普通等离子喷涂系统相比较其特点为：１）喷枪结构有较大变化，喷嘴阳极呈细长管形。２）由于喷枪正常使用功率为２００ｋＷ，要求热交换系统制冷量为７０ｋＷ。３）流量控制系统：流量计耐压可达１２ＭＰａ，流量范围为３０～４００Ｌ／ｍｉｎ。４）空载电压高达６００ＶＤＣ。

高速等离子喷涂２０世纪９０年代初美国的ＴＡＦＡ公司将“超声速原理”引入等离子喷枪的设计制造中，研制成功高能等离子喷涂系统ＰｌａｚＪｅｔ。与常规大气等离子喷涂相比，ＰｌａｚＪｅｔ的电流输出并无太大变化，而是成倍地提高了输出电压，输出功率提高了３～４倍；ＰｌａｚＪｅｔ等离子焰流速度高达２０００ｍ／ｓ，粒子速度提高了２～３倍；送粉速率最高可达１５ｋｇ／ｈ，喷涂效率为普通等离子喷涂效率的３～６倍，同时喷涂沉积率也大大提高，涂层质量明显改善，氧化物陶瓷涂层性能接近烧结状态。高速等离子喷涂原理大流量的等离子气体在电极头周围沿径向送入，在细长管形喷嘴通道内产生旋流。喷嘴和电极间加以很高的空载电压（６００ＶＤＣ），通过高频引弧装置引燃电弧。电弧在强烈的旋涡气流的作用下，向中心压缩，被引出喷

溶液等离子喷涂涂层性能溶液（料浆）等离子喷涂技术有效地解决了纳米粉末材料在等离子喷涂过程中难以输送和涂层制备工艺过程中抑制纳米粒子长大趋势的关键技术，可得到完全纳米相结构涂层。采用多种混合溶液（料浆）可制备纳米复合涂层；采用多个溶液（料浆）容器输送器同时输送不同的喷涂涂层材料，并相应改变不同溶液（料浆）输送量大小，可制备纳米梯度功能涂层和其他功能涂层。纳米粉末等离子喷涂技术是将纳米粉末材料经喷雾干燥团聚制备成微米颗粒（一般为４５～９０μｍ）的粉末材料来满足等离子喷涂工艺的要求，即经团聚后的微米颗粒由于颗粒间的内聚强度不够，存在二次分散的可能，这点在研究过程得到验证。解决这一问题的方法是再进行高温烧结、球化处理，不可避免地使纳米粒子长大，经等离子喷涂后得到的涂层仅有部分纳米相存在。溶

溶液等离子喷涂溶液等离子喷涂技术是采用包含纳米粒子的溶液或料浆（取代传统的粉末材料）作为等离子喷涂涂层材料，制备具有纳米结构的涂层。区别于粉末等离子喷涂技术（粉末作为涂层材料），为等离子喷涂技术提供了崭新的工艺方法。技术原理为：将具有一定粘度的纳米溶液（料浆）作为等离子喷涂涂层材料，经载气流或输送泵送入等离子弧焰中，经雾化后被等离子弧焰高温加热蒸发、反应沉积、烧结，最后在基体上形成具有纳米结构的纳米涂层。工艺过程将具有一定粘度、含有纳米颗粒（粒径为５～２０ｎｍ）的纳米溶液（料浆）经输送器输送（可用载气流输送，也可以用输送泵输送）到等离子弧焰中，按上述原理喷射沉积到零件基体表面，形成纳米结构涂层。

真空等离子喷涂工作原理及特点将等离子喷枪、工件及其运转机械置于低真空（２～１２ｋＰａ）有氩气氛保护的密闭室内，在室外控制喷涂过程。通过真空机组和过滤器保持密闭室的真空度。真空等离子喷涂工作原理图低真空环境下的喷涂与大气等离子喷涂相比具有以下显著特点：１）等离子射流的速度和温度都比大气等离子喷涂明显提高，压力愈低，射流速度和温度就愈高。２）粉末在等离子射流高温区域滞留的时间增加，受热更均匀，飞行速度更高。３）可大幅度提高基体表面预热温度；还可以用反向转移弧对基体进行溅射清洗，清除氧化物和污垢，使涂层和基体的结合状况得到改善。４）粉末和基体表面完全避免了氧化，能制备各种活性金属材料涂层。５）由于以上原因，使得涂层结合强度大幅度提高，气孔率