等離子噴涂的原理是什么?
編輯:2022-02-28 00:00:00
等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性技術(shù),可使基材表面具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。 等離子噴涂技術(shù)是以直流電驅動(dòng)的等離子弧為熱源,將陶瓷、合金、金屬等材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài),并高速?lài)娡吭陬A處理工件表面形成 堅固的表面層。等離子噴涂也用于醫療目的。 在人造骨表面噴上幾十微米的一層,作為強化人造骨和增強其親和力的方法。
特點(diǎn):
等離子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂后大力發(fā)展起來(lái)的一種新型多用途精密?chē)娡糠椒ā?具有:①超高溫特性,便于噴涂高熔點(diǎn)材料。②噴涂顆粒速度快,涂層致密,結合強度高。③由于采用惰性氣體作為工作氣體,噴涂材料不易氧化。
等離子的形成(以N2為例):
在0°k時(shí),N2分子的兩個(gè)原子呈啞鈴狀,僅沿x、y和z方向運動(dòng);
大于10°k時(shí),開(kāi)始旋轉;
大于10000°k時(shí),原子間會(huì )發(fā)生振動(dòng),分子間碰撞會(huì )使分子解離,成為單原子:
N2+Ud——>N+N 其中Ud為解離能
如果溫度再次升高,原子將被電離: N+Ui——>N++e 其中 Ui 是電離能
氣體電離后,空間中不僅有原子,還有正離子和自由電子。這種狀態(tài)稱(chēng)為等離子體。
等離子體可分為三類(lèi):①高溫高壓等離子體,電離度100%,溫度數億度,用于核聚變研究;②低溫低壓等離子體,電離度小于1%,溫度僅為50-250度;③在高溫低壓等離子體中,1%以上的氣體被電離,溫度達幾萬(wàn)度。離子、自由電子和未電離原子的動(dòng)能接近熱平衡。熱噴涂中使用的正是這種類(lèi)型的等離子體。
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噴涂原理:等離子噴涂是通過(guò)等離子弧進(jìn)行的。離子弧是壓縮弧。與自由電弧相比,其弧柱細,電流密度大,氣體電離度高,因此具有溫度高、能量集中、電弧穩定性好等特點(diǎn)。
根據電源連接方式的不同,等離子弧的形式有以下三種:
①非轉移?。褐戈帢O和噴嘴之間產(chǎn)生的等離子弧。在這種情況下,正極與噴嘴相連,工件不帶電,陰極與噴嘴內壁之間產(chǎn)生電弧。工作氣體被陰極和噴嘴之間的電弧加熱,引起全部或部分電離,然后從噴嘴噴出。等離子火焰(或等離子射流)。這種類(lèi)型的等離子弧用于粒子噴涂。②轉移?。弘娀‰x開(kāi)噴槍?zhuān)D移到被加工件上的等離子弧上。在這種情況下,噴嘴不接電源,工件接正極,電弧在噴槍的陰極和陽(yáng)極(工件)之間飛行,工作氣體圍繞電弧送入然后從噴嘴噴出。等離子切割、等離子弧焊、等離子弧熔煉均采用這種等離子弧。③復合?。悍寝D移弧點(diǎn)燃轉移弧并加熱金屬粉末,轉移弧加熱工件在表面產(chǎn)生熔池。在這種情況下,噴嘴和工件都連接到正極。等離子噴焊使用這種等離子弧。進(jìn)行等粒子噴涂時(shí),**先在陰極和陽(yáng)極(噴嘴)之間產(chǎn)生直流電弧。電弧將引入的工作氣體加熱并電離成高溫等離子體,從噴嘴噴出,形成等離子體火焰。等離子火焰的溫度非常高。中心溫度可達30000°K,噴嘴出口溫度可達15000~20000°K。噴嘴出口火焰速度可達1000~2000m/s,但衰減較快。粉體由送粉氣送入火焰中熔化,并通過(guò)火焰流加速獲得150m/s以上的速度,噴到基材上形成薄膜。
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