低压等离子喷涂的优点及缺点

05月22日 11:59 24

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低压等离子喷涂是将等离子喷枪、工件及其运转机械置于低真空或选定的可控气氛的密闭室里,在室外控制喷涂过程,通过真空和过滤系统,保持真空室一定的真空度。当等离子射流进入低真空环境,其形态和特性都将发生变化。

1.低压等离子喷涂主要优点如下。

1)等离子射流束长,粒子受热充分

由于真空的作用,等离子射流在真空室中飞行阻力大大减小,从而拉长了等离子射束的长度,从常压下弧束长度4cm~5em拉长到40cm~50cm,使粉末颗粒在弧束中的停留时间显著增加,有利于粉末颗粒的充分受热和熔化,使喷涂颗粒具有较高的热能。

2)粒子速度高

由于真空室的压力低,等离子气流的速度可以增加至3Ma~4Ma。且粉末颗粒在低压室中的飞行阻力大大减小,所以粉末颗粒的飞行速度高,具有很高的动能。

3)金属粒子几乎无氧化

真空室中含氧量低特别是充入高纯度惰性气体后,含氧量非常低。在低压室中喷涂的涂层基本不含氧化物夹杂,涂层清洁,使涂层颗粒之间的粘结强度大大提高,涂层致密。因此,低压等离子喷涂适合喷涂含易氧化组分的高温合金(如MCrAIY)、易燃烧金属(Mg、Ti、Li、Na和Zr等)、有毒性金属(如Be及其合金)以及易氧化的碳化物类金属陶瓷材料。

4)基体预热温度高

由于真空和惰性气体保护的双重作用,工件基体在不发生变形或组织变化的情况下,可以允许较高的预热温度。这样,一是可以使涂层颗粒与基体的温差减小,减慢涂层的冷却速度,从而减小热应力,使涂层不易产生裂纹;二是能使熔融颗粒喷射到工件表面时,能充分地变形、润湿铺散、排除气体,形成致密涂层,使涂层气孔率低于1%;三是基体预热温度升高,使基体表面处于更好的活化状态,有利于提高涂层与基体的结合强度。

5)可进行自净化表面预处理

低压等离子喷涂前,通过自动控制系统,采用转移弧引弧,即引弧时将工件基体接电源负极,使电子从工件表面逸出,形成清洁、活化的表面。使工件不需要机械粗化或喷砂处理,就能与喷涂熔滴达到良好的结合性能。

6)喷涂距离对涂层性能的影响小

由于低压等离子喷涂时射束很长,飞行粒子处于高热能和高动能状态的时间长,因而喷嘴口与基体之间的喷距的些变化对涂层性能的影响很小,这使得低压等离子喷涂很适合于喷涂复杂形状、曲面工件,如喷涂燃气轮机叶片,可获得均匀的优质涂层。

7)沉积速率高

低压等离子喷涂涂层的质量完全可以与电子束-物理气相沉积(EB -PVD)涂层相比,但其沉积速度快,为后者的2~3个数量级。例如,在25. 6cm2的透平机叶片上,低压等离子喷涂CoCrAIY 涂层的沉积速率可达到260μm/ min,而物理气相沉积的沉积速率为4μm/ min ~ 50μm/ min。

8)涂层性能优异

低压等离子喷涂涂层结合强度高涂层十分致密、气孔率极低、无氧化物夹杂、涂层应力小、硬度高、韧性好、具有优异的综合性能。

9)操作条件好

在真空室中喷涂,高噪声被隔离,粉尘被密闭处理,操作条件好。

2.低压等离子喷涂的主要缺点如下。

(1)设备昂贵,一次性投资高。

一台全自动的低压等离子喷涂设备售价高达一百多万美元,因此,它主要用于航空航天等尖端工业的关键部件喷涂,如燃气轮机部件、火箭喷管等。

(2)工件尺寸受真空室限制。

(3)低气压等离子射流的加热效率降低,热焓值较低,不易喷涂高熔点材料。

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