电泳技术

真空等离子喷涂设备组成ＺＢ３０００型真空等离子喷涂设备的主机为ＺＢ８０等离子喷涂系统，配备真空室、过滤器、真空机组、控制柜、真空喷涂枪及机械手等组成一套完整的真空等离子喷涂系统。（１）真空室采用不锈钢焊接而成，双层水冷结构，内部尺寸２０００ｍｍ×２６００ｍｍ，外形尺寸约为２２００ｍｍ×３２００ｍｍ，真空室极限真空度为１Ｐａ，工作真空度为１０００Ｐａ。（２）粉尘过滤器材质为不锈钢，油浴水冷结构，既可以降低喷涂室中抽出的气体的温度，又可以有效去除气体中的粉尘，保护真空机组，提高其使用寿命。（３）真空机组真空机组前级泵采用２Ｈ７０滑阀泵，主泵为ＺＪ３００罗茨泵，维持泵为Ｈ４０滑阀泵。（４）控制柜控制柜用于控制真空机组和阀门的开闭及对工件进行预热、清洗

可控气氛等离子喷涂是指在含有特定气体气氛的密闭室中完成的等离子喷涂。常用等离子气体有氩气、氦气、氮气、氢气或它们的混合物，利用适当的控制系统操纵喷枪和工件，同时由符合规定条件的喷涂室外的送粉器将粉末连续送入喷枪。当密封室内可控气氛气体压力低于大气压时，又称低压等离子喷涂或真空等离子喷涂（ＶＰＳ），真空等离子喷涂是可控气氛等离子喷涂的一种特殊方式。下面以国产ＺＢ３０００型真空等离子喷涂系统为例，介绍其工作原理和设备构成。可控气氛等离子喷涂原理图１—工作室２—泵３—等离子喷枪４—送粉器５—工件台

大气等离子喷涂主要工艺参数等离子喷涂在所有热喷涂工艺方法中复杂程度最高，其可调控的参数多达十几个。等离子喷涂操作最主要的依据是设备厂家提供的工艺技术手册。以ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ公司为例，其工艺技术手册详细规定了近百种材料的喷涂工艺规范，这些工艺规范不一定是最佳的，但基本是合理的，操作者可以参照该工艺规范进行操作，并在生产过程中逐步优化。（１）等离子气体的选用国内一般用氮气或氩气作为等离子喷涂的主气，用氢气作为辅助气体。氮气（Ｎ２）为双原子气体，分解能大，热导率高，焓值高。Ａｒ是单原子气体，没有分解能，热导率和焓值均比Ｎ２低得多。氢气（Ｈ２）不仅分解能大，其热导率比Ｎ２、Ａｒ高几十倍，在Ｎ２或Ａｒ中加入少量的Ｈ２可显著提高等离子弧电压。所以，喷涂高熔点材料，如ＺｒＯ２、Ａｌ

大气等离子喷涂涂层和工艺技术特点（１）涂层结构特性等离子喷涂涂层组织细密，氧化物含量和孔隙率较低，如氧化铬涂层孔隙率可控制到３％以下。涂层与基体间的结合以及涂层粒子间的结合形式除以机械结合为主外，还可以产生微区冶金结合和物理结合，涂层结合强度较高，最高可达５０ＭＰａ。（２）工艺技术特点等离子喷涂相较其他喷涂方法有其特点：１）喷涂材料范围广泛，从低熔点的铝合金到高熔点的氧化锆都可以喷涂。２）涂层结合强度高、孔隙率低、氧化物夹杂少。３）设备控制精度高，可以制备精细涂层。

大气等离子喷涂设备构成我国目前使用的等离子喷涂设备分为进口和国产两类，进口的主要源自国外两大公司的产品，一是ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ公司，如Ｍｅｔｃｏ７Ｍ和ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ等；二是Ｐｒａｘａｉｒ公司，代表产品有３６２０、４５００和５５００等。国产设备主要是仿制品，大多是仿制Ｍｅｔｃｏ７Ｍ和ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ。下面主要参照ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ设备，介绍其构成。ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ等离子喷涂设备由喷枪、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，如图２２７所示。辅助设备包括：压缩气体供给系统、工作用气（氩、氢、氮）供给系统等。（１）喷枪等离子喷枪是集水、电、气、粉于一体的等离子电弧发生器，是整套系统的关键，喷枪的设计和加工质量直接

等离子喷涂等离子喷涂是采用非转移型等离子弧为热源，喷涂材料为粉末的热喷涂方法。近十几年来等离子喷涂技术发展很快，目前已开发出大气等离子喷涂、可控气氛等离子喷涂、溶液等离子喷涂等喷涂技术，等离子喷涂已成为热喷涂技术中最重要的一项工艺方法。大气等离子喷涂原理大气等离子喷涂简称等离子喷涂。等离子喷涂通过等离子喷枪来实现，喷枪的喷嘴（阳极）和电极（阴极）分别接电源的正、负极，喷嘴和电极之间通入工作气体，借助高频火花引燃电弧。电弧将气体加热并使之电离，产生等离子弧，气体热膨胀由喷嘴喷出高速等离子射流。送粉气将粉末从喷嘴内（内送粉）或外（外送粉）送入等离子射流中，被加热到熔融或半熔融状态，并被等离子射流加速，以一定速度喷射到经预处理的基体表面形成涂层。常用的等离子气体有氩气、氢气

高速电弧喷涂涂层质量影响高速电弧喷涂涂层质量的主要因素有表面预处理质量、喷涂工艺规范、压缩空气压力、雾化气体流速、流量和喷枪结构等。（１）压缩空气压力、流量与质量对高速电弧喷涂而言，压缩空气压力越高，高速射流区间越大，常用压缩空气压力一般不低于０５ＭＰａ；雾化气流量的增加，雾化效果明显加强，雾化颗粒越细，但确定雾化气流的大小，必须与喷枪喷嘴直径、空气压缩机流量相匹配；压缩空气质量越好（含油分、水分、杂质越少），对涂层质量越有利。随着压缩空气压力、流量的增加，涂层越致密，结合强度越高，表面粗糙度值越低，越光滑。（２）喷涂工艺规范电弧喷涂工艺规范参数对雾化粒子的温度和雾化效果有较大的影响，主要参数有电弧电压、喷涂电流、送丝速度、喷涂距离。１）电弧电压、喷涂电流。当喷涂电

电弧喷涂的主要工艺参数电弧喷涂的主要工艺参数有：喷涂电压、喷涂电流、雾化空气压力和喷涂距离１喷涂电压喷涂电压是指两金属丝尖端之间的电弧电压，它反映了丝材尖端间隙的大小，有效地控制电弧电压可以保持雾化区几何形状的稳定。每种材料都对应有自己维持电弧稳定燃烧的最低电弧电压值。喷涂电压越低，熔化了的粒子尺寸就越小。但是，如果电弧电压低于材料的临界最低电弧电压，电弧就不能稳定地燃烧。当喷涂电压高于临界电弧电压时，随着电压的提高，丝材尖端的间距、喷涂射流角度和喷涂粒子的颗粒尺寸范围都随之增大。同时被喷涂材料的元素烧损程度也增大，尤其是那些容易与氧化合的元素，其烧损更为严重。随着喷涂电压的提高，沉积效率逐步降低。可见，电弧电压对喷涂质量影响很大，在保证电弧稳

高速电弧喷涂传统电弧喷涂技术由于喷涂粒子速度低，涂层受到较严重的氧化，使电弧喷涂涂层质量和应用受到一定限制。研究表明，影响电弧喷涂涂层质量的主要工艺参数除电弧电压、电弧、电流、送丝速度外，压缩空气的流速、质量也是影响涂层质量的关键因素之一。高速电弧喷涂技术就是采用高压气流或燃料燃烧所产生的高速射流雾化喷涂材料熔滴，提高电弧稳定性，使喷涂粒子显著加速，减少粒子与空气的接触时间，达到减少涂层氧化，显著提高涂层质量的目的。１高速电弧喷涂原理高速电弧喷涂原理与传统电弧喷涂完全相同，其主要区别在于提高雾化气压力和流速。通常采用拉瓦尔喷管来实现雾化空气的加速，或利用液体燃料燃烧产生的高速火焰焰流作为熔滴雾化气流，从而实现喷涂粒子的加速。资料表明，高速电弧喷涂在距喷

电弧喷涂技术特点１生产效率高电弧喷涂的生产效率与电弧电流成正比，当喷涂电流为３００Ａ时，喷涂不锈钢丝可达１４ｋｇ／ｈ，喷涂铝丝为８ｋｇ／ｈ。这大约相当于火焰喷丝枪生产效率的３～４倍。２涂层结合强度高电弧喷涂时，电弧温度高达５０００Ｋ，使得熔融粒子温度高，变形量大，可获得较高的结合强度及涂层自身强度。３元素烧损较为严重由于电弧喷涂温度高，由电能转化的热能除了熔化送进的丝材外，仍有大量过剩，过剩的热能导致丝材在喷涂过程中过热，发生氧化和蒸发，形成烟尘而损失掉。４能源利用率高电弧喷涂时，电弧直接作用于金属丝的端部用来熔化金属，能源利用率可达９０％，是各种喷涂方法中能源利用率最高的。５操作简单，维护方便电弧喷涂设