真空等离子喷涂
出处:按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《特种加工手册》第293页(1370字)
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.
5.5.3.1 原理
如图5-35所示,将等离子喷枪、工件及其运转机械置于低真空(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,其形态和特性都将发生变化,首先,射流比在大气环境里体积更加膨胀,使等离子射流密度变校射流的速度相应提高(如图5-36所示),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(如图5-36所示).压力愈低,射流温度愈高(如图5-37所示),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,粉粒受热更加均匀,同时熔粒的飞行速度也显着提高,加之是在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,涂层残余应力降低,涂层质量显着改善.
图5-35 真空等离子喷涂示意图
图5-36 等离子射流中心轴上的温度和速度变化
(a)温度变化;(b)速度变化
图5-37 环境气压对等离子射流温度的影响
等离子气体:Ar;功率:40kW;喷嘴孔径:6.25mm
在低真空的环境里,由于非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唬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,噪音和粉尘对环境的污染问题也相应解决.
5.5.3.2 特点及应用
真空等离子喷涂有以下优点:
①涂层结合强度高,气孔率极低;
②热能利用率高,粉末沉积效率高;
③涂层残余应力校可以制备厚涂层;
④在喷涂过程中喷涂粒子没有氧化和污染,涂层无氧化物.
由于上述优点,虽然设备复杂昂贵,但也开始在生产上应用,目前主要应用在航空涡轮发动机的叶片上喷涂CoCrAlY耐高温涂层.