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等離子噴涂系統(tǒng)可以通過幾個標(biāo)準(zhǔn)分類。
等離子噴射產(chǎn)生:
直流電 (直流等離子體),其中能量通過直流高功率電弧傳遞到等離子體射流
感應(yīng)等離子體或射頻等離子體,其中能量通過感應(yīng)從等離子體射流周圍的線圈傳遞, 交替的射頻電流通過該線圈
等離子體形成介質(zhì):
氣體穩(wěn)定等離子體(GSP),其中等離子體由氣體形成; 通常是氬氣 , 氫氣 , 氦氣或它們的混合物
水穩(wěn)定等離子體(WSP),其中等離子體由水形成(通過蒸發(fā),離解和電離)或其他合適的液體
混合等離子體 - 結(jié)合氣體和液體穩(wěn)定,通常是氬和水
噴涂環(huán)境:
大氣等離子噴涂(APS),在環(huán)境空氣中進(jìn)行
受控氣氛等離子噴涂(CAPS),通常在封閉的腔室中進(jìn)行,或者充滿惰性氣體或者抽空
CAPS的變化:高壓等離子噴涂(HPPS),低壓等離子噴涂(LPPS),其極端情況是真空等離子噴涂(VPS,見下文)
水下等離子噴涂
另一種變化包括具有液體原料而不是用于熔化的固體粉末,該技術(shù)稱為溶液前體等離子體噴霧
真空等離子噴涂
真空等離子噴涂(VPS)是一種用于蝕刻和表面改性的技術(shù),用于產(chǎn)生具有高再現(xiàn)性的多孔層,以及用于塑料,橡膠和天然纖維的清潔和表面工程,以及用于替換CFC以清潔金屬部件。 這種表面工程可以改善諸如摩擦性能, 耐熱性 ,表面導(dǎo)電性 , 潤滑性 ,膜的內(nèi)聚強(qiáng)度或介電常數(shù)等性能 ,或者它可以使材料具有親水性或疏水性 。
該過程通常在39-120°C下運(yùn)行以避免熱損壞。 它可以誘導(dǎo)非熱活化的表面反應(yīng),引起在大氣壓下分子化學(xué)不會發(fā)生的表面變化。 等離子體處理在密封室內(nèi)的受控環(huán)境中在約13-65Pa的中等真空下進(jìn)行。 氣體或氣體混合物由從DC到微波頻率的電場激勵,通常在50V下為1-500W。經(jīng)處理的部件通常是電隔離的。 通過真空泵將揮發(fā)性等離子體副產(chǎn)物從室中抽空,并且如果需要,可以在排氣洗滌器中中和。
與分子化學(xué)相反,等離子體采用:
用于化學(xué)作用的分子,原子,亞穩(wěn)和自由基物種。
正離子和電子用于動力學(xué)效應(yīng) 。
等離子體還以真空UV光子的形式產(chǎn)生電磁輻射 ,以穿透本體聚合物至約10μm的深度。 這可能導(dǎo)致斷鏈和交聯(lián)。
等離子體在原子水平上影響材料。 X射線光電子能譜和掃描電子顯微鏡等技術(shù)用于表面分析,以確定所需的過程并判斷其影響。 作為表面能的簡單指示,并因此粘附或潤濕性,通常使用水滴接觸角測試 。 接觸角越低,表面能越高,材料越親水。
用等離子改變效果
在較高的能量下, 電離往往比化學(xué)離解更多地發(fā)生。 在典型的反應(yīng)性氣體中,100個分子中的1個形成自由基,而10 6個中只有1 個離子化。 這里的主要影響是自由基的形成。 離子效應(yīng)可以通過選擇工藝參數(shù)和必要時使用惰性氣體來占主導(dǎo)地位。
電弧噴涂
線電弧噴涂是一種熱噴涂形式,其中兩根消耗性金屬線獨(dú)立地進(jìn)入噴槍。 然后對這些電線充電并在它們之間產(chǎn)生電弧。 來自該電弧的熱量使進(jìn)入的線熔化,然后將其夾帶在來自槍的空氣射流中。 然后在壓縮空氣的幫助下將夾帶的熔融原料沉積在基材上。 該方法通常用于金屬,重涂層。
等離子轉(zhuǎn)移電弧
主要文章: 等離子轉(zhuǎn)移電弧
等離子體轉(zhuǎn)移線電?。≒TWA)是另一種形式的線電弧噴涂,其將涂層沉積在圓柱體的內(nèi)表面上或任何幾何形狀的一部分的外表面上。 它主要用于涂覆發(fā)動機(jī)的氣缸孔,使得能夠使用鋁制發(fā)動機(jī)缸體而無需重型鑄鐵套筒。 單根導(dǎo)線用作系統(tǒng)的“原料”。 超音速等離子體射流熔化金屬絲,使其霧化并將其推進(jìn)到基板上。 等離子體射流由非消耗性陰極和線的類型之間的轉(zhuǎn)移電弧形成。 在霧化之后,強(qiáng)制空氣將熔融液流傳輸?shù)娇妆谏稀?由于高動能,當(dāng)顆粒撞擊在基板表面上時,顆粒變平。 顆粒在接觸時迅速固化。 堆疊的顆粒構(gòu)成高耐磨涂層。 PTWA熱噴涂工藝使用單根線作為原料材料。 所有導(dǎo)電線直徑達(dá)到0.0625英寸(1.6毫米)都可以用作原料,包括“芯”線.PTWA可用于在發(fā)動機(jī)或傳動部件的磨損表面上涂覆涂層,以替換襯套或軸承。例如,使用PTWA涂覆連桿的支承表面提供了許多益處,包括減少重量,成本,摩擦電位和連桿中的應(yīng)力。
高速氧燃料噴涂(HVOF)
HVOF原理圖
在20世紀(jì)80年代,開發(fā)了一類稱為高速氧燃料噴涂的熱噴涂工藝。 將氣態(tài)或液態(tài)燃料和氧氣的混合物送入燃燒室 ,在那里它們被點(diǎn)燃并連續(xù)燃燒。 在接近1MPa的壓力下產(chǎn)生的熱氣體通過會聚 - 發(fā)散噴嘴散發(fā)并穿過直線部分。 燃料可以是氣體( 氫氣, 甲烷 , 丙烷 , 丙烯 , 乙炔 , 天然氣等)或液體( 煤油等)。 槍管出口處的射流速度(> 1000 m / s)超過聲速 。 將粉末原料注入氣流中,使粉末加速至800m / s。 將熱氣體和粉末流導(dǎo)向待涂覆的表面。 粉末在流中部分熔化,并沉積在基材上。所得涂層具有低孔隙率和高粘合強(qiáng)度 。
HVOF涂層可以厚達(dá)12毫米(1/2英寸)。它通常用于在材料上沉積耐磨和耐腐蝕涂層,例如陶瓷和金屬層。常見的粉末包括WC -Co, 碳化鉻 ,MCrAlY和氧化鋁 。該工藝最成功的是用于沉積金屬陶瓷材料(WC-Co等)和其他耐腐蝕合金( 不銹鋼 ,鎳基合金,鋁,用于醫(yī)療植入物的 羥基磷灰石等)。