大氣等離子噴涂涂層和工藝技術(shù)特點(diǎn)（１）涂層結(jié)構(gòu)特性等離子噴涂涂層組織細(xì)密，氧化物含量和孔隙率較低，如氧化鉻涂層孔隙率可控制到３％以下。涂層與基體間的結(jié)合以及涂層粒子間的結(jié)合形式除以機(jī)械結(jié)合為主外，還可以產(chǎn)生微區(qū)冶金結(jié)合和物理結(jié)合，涂層結(jié)合強(qiáng)度較高，最高可達(dá)５０ＭＰａ。（２）工藝技術(shù)特點(diǎn)等離子噴涂相較其他噴涂方法有其特點(diǎn)：１）噴涂材料范圍廣泛，從低熔點(diǎn)的鋁合金到高熔點(diǎn)的氧化鋯都可以噴涂。２）涂層結(jié)合強(qiáng)度高、孔隙率低、氧化物夾雜少。３）設(shè)備控制精度高，可以制備精細(xì)涂層。

大氣等離子噴涂設(shè)備構(gòu)成我國(guó)目前使用的等離子噴涂設(shè)備分為進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)兩類，進(jìn)口的主要源自國(guó)外兩大公司的產(chǎn)品，一是ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ公司，如Ｍｅｔｃｏ７Ｍ和ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ等；二是Ｐｒａｘａｉｒ公司，代表產(chǎn)品有３６２０、４５００和５５００等。國(guó)產(chǎn)設(shè)備主要是仿制品，大多是仿制Ｍｅｔｃｏ７Ｍ和ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ。下面主要參照ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ設(shè)備，介紹其構(gòu)成。ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ９Ｍ等離子噴涂設(shè)備由噴槍、整流電源、控制系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、送粉器、水電轉(zhuǎn)接箱六部分構(gòu)成，如圖２２７所示。輔助設(shè)備包括：壓縮氣體供給系統(tǒng)、工作用氣（氬、氫、氮）供給系統(tǒng)等。（１）噴槍等離子噴槍是集水、電、氣、粉于一體的等離子電弧發(fā)生器，是整套系統(tǒng)的關(guān)鍵，噴槍的設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量直接

等離子噴涂等離子噴涂是采用非轉(zhuǎn)移型等離子弧為熱源，噴涂材料為粉末的熱噴涂方法。近十幾年來(lái)等離子噴涂技術(shù)發(fā)展很快，目前已開(kāi)發(fā)出大氣等離子噴涂、可控氣氛等離子噴涂、溶液等離子噴涂等噴涂技術(shù)，等離子噴涂已成為熱噴涂技術(shù)中最重要的一項(xiàng)工藝方法。大氣等離子噴涂原理大氣等離子噴涂簡(jiǎn)稱等離子噴涂。等離子噴涂通過(guò)等離子噴槍來(lái)實(shí)現(xiàn)，噴槍的噴嘴（陽(yáng)極）和電極（陰極）分別接電源的正、負(fù)極，噴嘴和電極之間通入工作氣體，借助高頻火花引燃電弧。電弧將氣體加熱并使之電離，產(chǎn)生等離子弧，氣體熱膨脹由噴嘴噴出高速等離子射流。送粉氣將粉末從噴嘴內(nèi)（內(nèi)送粉）或外（外送粉）送入等離子射流中，被加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并被等離子射流加速，以一定速度噴射到經(jīng)預(yù)處理的基體表面形成涂層。常用的等離子氣體有氬氣、氫氣

高速電弧噴涂涂層質(zhì)量影響高速電弧噴涂涂層質(zhì)量的主要因素有表面預(yù)處理質(zhì)量、噴涂工藝規(guī)范、壓縮空氣壓力、霧化氣體流速、流量和噴槍結(jié)構(gòu)等。（１）壓縮空氣壓力、流量與質(zhì)量對(duì)高速電弧噴涂而言，壓縮空氣壓力越高，高速射流區(qū)間越大，常用壓縮空氣壓力一般不低于０５ＭＰａ；霧化氣流量的增加，霧化效果明顯加強(qiáng)，霧化顆粒越細(xì)，但確定霧化氣流的大小，必須與噴槍噴嘴直徑、空氣壓縮機(jī)流量相匹配；壓縮空氣質(zhì)量越好（含油分、水分、雜質(zhì)越少），對(duì)涂層質(zhì)量越有利。隨著壓縮空氣壓力、流量的增加，涂層越致密，結(jié)合強(qiáng)度越高，表面粗糙度值越低，越光滑。（２）噴涂工藝規(guī)范電弧噴涂工藝規(guī)范參數(shù)對(duì)霧化粒子的溫度和霧化效果有較大的影響，主要參數(shù)有電弧電壓、噴涂電流、送絲速度、噴涂距離。１）電弧電壓、噴涂電流。當(dāng)噴涂電

電弧噴涂的主要工藝參數(shù)電弧噴涂的主要工藝參數(shù)有：噴涂電壓、噴涂電流、霧化空氣壓力和噴涂距離１噴涂電壓噴涂電壓是指兩金屬絲尖端之間的電弧電壓，它反映了絲材尖端間隙的大小，有效地控制電弧電壓可以保持霧化區(qū)幾何形狀的穩(wěn)定。每種材料都對(duì)應(yīng)有自己維持電弧穩(wěn)定燃燒的最低電弧電壓值。噴涂電壓越低，熔化了的粒子尺寸就越小。但是，如果電弧電壓低于材料的臨界最低電弧電壓，電弧就不能穩(wěn)定地燃燒。當(dāng)噴涂電壓高于臨界電弧電壓時(shí)，隨著電壓的提高，絲材尖端的間距、噴涂射流角度和噴涂粒子的顆粒尺寸范圍都隨之增大。同時(shí)被噴涂材料的元素?zé)龘p程度也增大，尤其是那些容易與氧化合的元素，其燒損更為嚴(yán)重。隨著噴涂電壓的提高，沉積效率逐步降低?？梢?jiàn)，電弧電壓對(duì)噴涂質(zhì)量影響很大，在保證電弧穩(wěn)

高速電弧噴涂傳統(tǒng)電弧噴涂技術(shù)由于噴涂粒子速度低，涂層受到較嚴(yán)重的氧化，使電弧噴涂涂層質(zhì)量和應(yīng)用受到一定限制。研究表明，影響電弧噴涂涂層質(zhì)量的主要工藝參數(shù)除電弧電壓、電弧、電流、送絲速度外，壓縮空氣的流速、質(zhì)量也是影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。高速電弧噴涂技術(shù)就是采用高壓氣流或燃料燃燒所產(chǎn)生的高速射流霧化噴涂材料熔滴，提高電弧穩(wěn)定性，使噴涂粒子顯著加速，減少粒子與空氣的接觸時(shí)間，達(dá)到減少涂層氧化，顯著提高涂層質(zhì)量的目的。１高速電弧噴涂原理高速電弧噴涂原理與傳統(tǒng)電弧噴涂完全相同，其主要區(qū)別在于提高霧化氣壓力和流速。通常采用拉瓦爾噴管來(lái)實(shí)現(xiàn)霧化空氣的加速，或利用液體燃料燃燒產(chǎn)生的高速火焰焰流作為熔滴霧化氣流，從而實(shí)現(xiàn)噴涂粒子的加速。資料表明，高速電弧噴涂在距噴

電弧噴涂技術(shù)特點(diǎn)１生產(chǎn)效率高電弧噴涂的生產(chǎn)效率與電弧電流成正比，當(dāng)噴涂電流為３００Ａ?xí)r，噴涂不銹鋼絲可達(dá)１４ｋｇ／ｈ，噴涂鋁絲為８ｋｇ／ｈ。這大約相當(dāng)于火焰噴絲槍生產(chǎn)效率的３～４倍。２涂層結(jié)合強(qiáng)度高電弧噴涂時(shí)，電弧溫度高達(dá)５０００Ｋ，使得熔融粒子溫度高，變形量大，可獲得較高的結(jié)合強(qiáng)度及涂層自身強(qiáng)度。３元素?zé)龘p較為嚴(yán)重由于電弧噴涂溫度高，由電能轉(zhuǎn)化的熱能除了熔化送進(jìn)的絲材外，仍有大量過(guò)剩，過(guò)剩的熱能導(dǎo)致絲材在噴涂過(guò)程中過(guò)熱，發(fā)生氧化和蒸發(fā)，形成煙塵而損失掉。４能源利用率高電弧噴涂時(shí)，電弧直接作用于金屬絲的端部用來(lái)熔化金屬，能源利用率可達(dá)９０％，是各種噴涂方法中能源利用率最高的。５操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便電弧噴涂設(shè)

電弧噴涂設(shè)備電弧噴涂設(shè)備主要由噴槍、噴涂電源、控制箱、送絲機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。目前大多數(shù)設(shè)備都將控制箱與噴涂電源合并在一起。 電弧噴涂設(shè)備構(gòu)成示意圖１噴涂電源（１）電源特性要求目前電弧噴涂大多采用外特性和動(dòng)特性適于電弧噴涂特點(diǎn)的專用電源，即電源外特性是平特性或略帶上升的外特性，而動(dòng)特性有足夠大的電流上升速率，，平直或略帶上升的外特性比陡降外特性有大得多的電流自調(diào)節(jié)性能。當(dāng)弧長(zhǎng)變小時(shí)，電流能迅速增大，加速金屬絲的熔化而恢復(fù)弧長(zhǎng)；當(dāng)弧長(zhǎng)變大時(shí)，電流又能迅速減小，減少金屬絲的熔化速度而恢復(fù)弧長(zhǎng)。由于不同金屬材料要求的最低噴涂電壓不同，要求噴涂電源的輸出能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。一般，噴涂電源的空載電壓調(diào)節(jié)范圍是２４～３８Ｖ。（２）電源構(gòu)成噴涂電源的主

電弧噴涂電弧噴涂是利用兩根連續(xù)送進(jìn)的金屬絲之間產(chǎn)生的電弧作熱源來(lái)熔化金屬，用壓縮空氣把熔化的金屬霧化，并對(duì)霧化的金屬細(xì)滴加速使之噴向工件形成涂層的技術(shù)。噴涂原理端部呈一定角度（３０°～５０°）的兩根連續(xù)送進(jìn)的金屬絲，分別接直流電源（１８～４０Ｖ）的正負(fù)極，在金屬絲端部短接的瞬間，產(chǎn)生電弧。電弧使金屬絲熔化，在電弧點(diǎn)的后方由噴嘴噴射出的高速空氣流使熔化的金屬霧化成顆粒，并在高速氣流的加速下噴射到工件的表面。電弧噴涂原理圖在電弧和霧化氣流的作用下，兩金屬絲的端部頻繁地進(jìn)行著金屬熔化—熔化金屬脫離—熔滴霧化成微粒的過(guò)程。在每一過(guò)程中，極間距離頻繁地發(fā)生變化，在電源電壓保持恒定時(shí)，由于電流的自調(diào)節(jié)特性，電弧電流跟隨發(fā)生頻繁地波動(dòng)，自動(dòng)維持金屬絲的熔化速度，

ＡＣＨＶＡＦ噴涂工藝?yán)^ＨＶＯＦ之后，美國(guó)和日本又相繼研究出了燃?xì)馀c空氣混合燃燒的高速火焰噴涂系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為ＨＶＡＦ，目的是進(jìn)一步降低噴涂過(guò)程中粉末材料的氧化以及氧氣的消耗。但當(dāng)時(shí)的ＨＶＡＦ系統(tǒng)因粉末沉積率低以及存在安全方面的隱患而并未收到預(yù)期的效果。２００１年在前蘇聯(lián)科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上，美國(guó)ＴＳＲ（ＵｎｉｑｕｅＣｏａｔ）公司研制成功ＡＣＨＶＡＦ高速火焰噴涂系統(tǒng)，使ＨＶＡＦ噴涂技術(shù)以全新的面貌顯示出其獨(dú)特的涂層和工藝特點(diǎn)。１ＡＣＨＶＡＦ噴涂工藝原理該工藝與ＨＶＯＦ噴涂原理類似，是利用氣態(tài)燃料和空氣燃燒形成的超聲速氣流的能量來(lái)加速和加熱被噴涂材料。與傳統(tǒng)的ＨＶＯＦ相比較，ＡＣＨＶＡＦ工藝焰流速度高，但溫度較低，被噴涂粒子速度高達(dá)７００～８００ｍ／ｓ，而粒子溫度