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影响等粒子热喷涂质量的工艺参数

  在等粒子热喷涂过程中,影响涂层质量的工艺参数很多,主要有:
  ①等离子气体:气体的选择原则主要根据是可用性和经济性,N2气便宜,且离子焰热焓高,传热快,利于粉末的加热和熔化,但对于易发生氮化反应的粉末或基体则不可采用。Ar气电离电位较低,等离子弧稳定且易于引燃,弧焰较短,适于小件或薄件的喷涂,此外Ar气还有很好的保护作用,但Ar气的热焓低,价格昂贵。气体流量大小直接影响等离子焰流的热焓和流速,从而影响喷涂效率,涂层气孔率和结合力等。流量过高,则气体会从等离子射流中带走有用的热,并使喷涂粒子的速度升高,减少了喷涂粒子在等离子火焰中的“滞留”时间,导致粒子达不到变形所必要的半熔化或塑性状态,结果是涂层粘接强度、密度和硬度都较差,沉积速率也会显著降低;相反,则会使电弧电压值不适当,并大大降低喷射粒子的速度。极端情况下,会引起喷涂材料过热,造成喷涂材料过度熔化或汽化,引起熔融的粉末粒子在喷嘴或粉末喷口聚集,然后以较大球状沉积到涂层中,形成大的空穴。
  ②电弧的功率:电弧功率太高,电弧温度升高,更多的气体将转变成为等离子体,在大功率、低工作气体流量的情况下,几乎全部工作气体都转变为活性等粒子流,等粒子火焰温度也很高,这可能使一些喷涂材料气化并引起涂层成分改变,喷涂材料的蒸汽在基体与涂层之间或涂层的叠层之间凝聚引起粘接不良。此外还可能使喷嘴和电极烧蚀。而电弧功率太低,则得到部分离子气体和温度较低的等离子火焰,又会引起粒子加热不足,涂层的粘结强度,硬度和沉积效率较低。
  ③供粉:供粉速度必须与输入功率相适应,过大,会出现生粉(未熔化),导致喷涂效率降低;过低,粉末氧化严重,并造成基体过热。送料位置也会影响涂层结构和喷涂效率,一般来说,粉末必须送至焰心才能使粉末获得最好的加热和最高的速度。
  ④喷涂距离和喷涂角:喷枪到工件的距离影响喷涂粒子和基体撞击时的速度和温度,涂层的特征和喷涂材料对喷涂距离很敏感。喷涂距离过大,粉粒的温度和速度均将下降,结合力、气孔、喷涂效率都会明显下降;过小,会使基体温升过高,基体和涂层氧化,影响涂层的结合。在机体温升允许的情况下,喷距适当小些为好。
  喷涂角:指的是焰流轴线与被喷涂工件表面之间的角度。该角小于45度时,由于“阴影效应”的影响,涂层结构会恶化形成空穴,导致涂层疏松。
  ⑤喷枪与工件的相对运动速度:喷枪的移动速度应保证涂层平坦,不出线喷涂脊背的痕迹。也就是说,每个行程的宽度之间应充分搭叠,在满足上述要求前提下,喷涂操作时,一般采用较高的喷枪移动速度,这样可防止产生局部热点和表面氧化。
  ⑥基体温度控制:较理想的喷涂工件是在喷涂前把工件预热到喷涂过程要达到的温度,然后在喷涂过程中对工件采用喷气冷却的措施,使其保持原来的温度。近几年来,在等离子喷涂的基础上又发展了几种新的等离子喷涂技术,如:

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