等离子喷涂的工艺参数

    ·工作气体成分：典型气体为Ar或者Ar+H₂, Ar+He及Ar+N₂混合气体，有时候用N₂，及N₂+H₂混合气体，通常气体流量大约是40~50L/min，但是有些设备可达到80L/min。高能喷枪甚至可使气体流量达到500L/min(Jungklaus等，1996）。一些设备制造商推荐三种气体的成分，比如，Ar+He+H₂或者Ar+He+N₂。在等离子射流中，每种气体都有它自己的作用（Janisson等，1999）:

    Ar稳定喷嘴中的电弧：He，N₂或者H₂具有高的热导率，增强了对颗粒的传热效果。

    三元混合气体已经可以从市场购得，比如Spral 22TM,Air  Liquide。在水稳等离子喷枪中，水蒸气形成了等离子气体，水消耗量约为5L/h  WSP 500 ,1997。也可以使用活性等离子形成气体，如碳氢化合物或者二氧化碳。但是要有产生这样一种活性等离子的喷枪，必须使用石墨为阴极（Fridlyand,1995)..电弧电流为几百安，电压则取决于两个主要的参数：

    -阴极和阳极的距离，距离越长，电压越高；

    -辅气的种类（双原子气体，比如氢气，可提高电压）。

    等离子喷枪通常工作电压为30~70V，有代表性的如Sulzer Metco的F4喷枪或者PraxairST公司的SG100喷枪。这些喷枪产生等离子温度大约在14000K，射流出口处的速度可达到800m/s，据报道水冷等离子喷枪温度可达到28000K，而高能等离子弧喷涂系统的速度可达到2900m/s（Plazjet,1995).工作气体主要影响喷涂颗粒的熔化程度，当采用分子气体时后者更易熔化，这是因为分子气体（如水蒸气（水冷等离子喷枪）和氢气（常规的等离子喷枪））比单原子气体的热导率更高。另外一方面，单原子气体可以达到高的速度，这是为什么单原子气体与分子气体混合气通常被使用，以便于较好的熔化颗粒并且具有高的喷涂速度。单原子气体He由于具有高的热导率，并且形成很窄的喷涂射流，所以也被用于辅气（Ingham和Fabel,1975)。

    ·电源功率，常规的稿子喷枪可达到80kw，但是水冷喷枪可达到200kw（WSP 500，1997），高能等离子喷枪甚至可达到250kw（Plazjet，1995）。

    ·电极形状，对于不同的工作气体，阴极头具有不同的形状。阳极的尺寸影响了等离子流的形态、温度及其速度 。比如，有报道采用收敛-发散的阳极喷嘴减小了电弧的波动（Schwenk等，2003）。电弧在一个或者很多位置与阴极和阳极接触（弧根）会产生损耗和磨损（Fisher,1972).在一些场合中，比如网纹辊上，有必要监控，这种破坏以减少由阴极或阳极向涂层过渡的金属。造成电极磨损是由于电弧中的热流密度很高（10 ⁸W/m2)（Fridlyand，1995）。

    ·等离子射流的稳定化通常过使用工作气体的鞘层或者涡漩实现。水稳等离子喷枪也已经有商业化的产品。（WSP500,1997)

    2、粉末     

    ·颗粒尺寸通常在20~90υm范围

    ·粉末类型:最常用的是氧化物陶瓷。

    3、粉末注入

    ·注入方向：

     -径向送粉，这是常规等离子弧喷涂送粉方向，可以安置在阴极-阳极外（见图3-5和3-6及Sulzer-Metco的F4喷枪），或者在里面㈢（如PraxairST公司的SG100喷枪）。

    -轴向送粉，将后面讨论，三阴极喷枪，如Axial ⅢTM。

    ·注入角度，通常是90度，尽管有时候也用向后60度或者向前60度。

    ·送粉口，通常只有一个，尽管有时候使用两个或者三个，多个送粉口可以用来喷涂复合涂层。

    ·送分器，通常是旋转刮板型。

    ·送粉速率，通常在50~100g/min,但是在HPPS中可达到200/min.有报道水稳等离子喷枪（WSP 500，1997）达到1650g/min.

    ·载气量，在3~10L/min之间。

    4、主要的工艺参数

    ·喷涂距离：60~130mm.

    ·喷涂气氛是普通大气。

    ·喷枪相对基材的扫描速度，在50~2000mm/s之间。

    ·基材温度，当在金属基体上喷涂陶瓷时，由于会产生残余应力，基材温度是一个重要的参数（如图3-6中的压缩空气冷却喷嘴）。在这种情况下，基材温度需要保持在373~473K之间。

    ·后处理，通常用来提高涂层密度及其他性能，特别值得一提的有：炉内处理；激光处理；有机或者无机封孔剂封孔；放电等离子处理。