电泳技术

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

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。