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真空等离子喷涂

时间:2012-11-22 10:15:26  来源:现代金属热喷涂技术  作者:武建军,曹晓明,温鸣

       大气中,等离子焰流一离开喷嘴就从周围吸入大量空气。在100mm喷距时,吸入空气量可占等离子体的90%以上。常压等离子喷涂时,金属粉末氧化严重。另外,有些有毒材料(如铍及氧化铍)无法在大气中喷涂。为解决上述问题,提出了低压等离子喷涂。真空等离子喷涂又称低压等离子喷涂,是在低于大气压的低真空的密闭空间里进行的等离子喷涂。

        可控气氛等离子喷涂的原理即等离子喷枪置于密封舱室内,由机械手进行操作。将舱室抽至真空状态即为真空等离子喷涂(VPS),舱室为低压状态时,成为低压真空等离子喷涂(LPPS)。舱室的气氛可以为惰性气氛或其他保护性气氛。由于环境为低压或气氛可控,等离子焰流加长,粒子加热更充分,氧化减少,涂层的质量得到明显改善,并且可以用于制备沉积金刚石 膜、超导体氧化物涂层。

        真空等离子喷涂原理

        将等离子喷枪、工件及其运转机械置于真空(4~13kPa)的密闭室里,在室外控制喷涂过程。通过抽真空和过滤系统,保持密闭室的真空度。当喷枪产生等离子弧后,等离子射流进入低真空环境,其形态和特性都讲发生变化。首先,射流比在大气环境里体积更加膨胀,等离子射流密度变小,射流速度相应地提高。又由于低真空环境传热性差,射流的温度提高,高温区域扩大,压力越低,射流温度越高,从而使等离子射流的温度场和速度场都发生很大变化。进入等离子射流中的粉末在高温区域滞留的时间增加,粉粒束受热更加均匀,同时熔粒的飞行速度也显著提高,加之是密闭的惰性气氛里喷涂,喷涂粒子以及工件表面完全避免了氧化,工件温度也比在大气气氛里高。由于以上原因,使得涂层结合强度大幅度提高,气孔大幅度降低,涂层残余应力亦降低,涂层质量显著提高。

        在低真空的环境里,由于肺转移型等离子弧射流变粗拉长,一直接触到工件表面,形成导电通道,因而可在其上叠加转移弧。利用转移弧对工件表面进行溅蚀,去掉表面氧化层和污染,并且工件可以加热到较高温度,使得涂层在光滑的表面上就可结合,并在界面上产生扩散,提高了结合强度,涂层厚度亦可不受限制。在密闭室进行喷涂,噪声和粉尘对环境的污染问题也相应得到了解决。

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