喷涂、重熔
热喷涂涂层的重熔后处理工艺研究进展
表面技术
引言
热喷涂涂层是由熔化状态热喷涂粉末粒子以高速喷向基体,一层一层有规律地叠加形成不连续结构,在基体表面经过碰撞、变形和凝固等过程后形成,涂层呈典型的层状结构,内部不同程度地存在着微孔,从而影响了与金属基体的结合强度和表面层致密度,因此难以适应较恶劣的环境,这限制了它的应用范围及使用寿命。
重熔处理是利用热源将合金中最易熔化的成分熔化,产生的液相有助于扩散过程的强化和成分的渗透,熔化的结果使热喷涂涂层与基体的结合区由原来堆叠的层状组织变为致密和较均匀的组织,孔隙减少甚至消失。因此采用适当的重熔处理,可改善涂层与基体间的结合强度和涂层内在质量,从而提高涂层的耐磨、耐蚀性。目前,重熔处理技术主要有激光、电子束、TIG重熔、火焰重熔、整体加热和感应重熔等,本文拟对这些重熔技术进行综述,以期促进这些工艺技术的发展,指导实际应用。
[摘要] 热喷涂涂层呈典型的层状结构,孔隙度较高,且与基体结合为物理结合,难以适应较恶劣的环境,这限制了它的应用范围及使用寿命。重熔处理可以改善涂层与基体间的结合强度和涂层内在质量,提高涂层使用性能。综述了各种涂层重熔处理新工艺的研究现状,介绍了重熔后的组织和性能,分析比较了各工艺的不同,以期促进该技术的发展,指导实际应用,并展望了其推广应用的前景。
[关键词] 重熔处理;等离子喷涂;热喷涂涂层;组织;裂纹
1 激光重熔
1.1 激光重熔原理
热喷涂激光重熔工艺,即先用火焰、电弧、等离子或爆炸喷涂等方法在基材上制备金属或陶瓷涂层,然后在使用保护气氛的条件下用激光束进行扫描熔化处理(即二步法),见图1。
激光具有很高的能量密度和稳定的输出功率,可以明显改善涂层的组织和性能。激光重熔时,试件在高能量激光束的照射下,使基体材料表面薄层与根据需要加入的陶瓷或合金涂层同时快速熔化、混合,形成厚度为10~1 000μm的表面熔化层。熔化层在凝固时获得的冷却速度可达105~108℃/s,相当于急冷淬火技术所能达到的冷却速度,又由于熔化层液体内部存在扩散作用和表面张力效应等物理现象,使材料表面仅在很短时间(50μs~2ms)内就形成了具有所需深度和化学成分的表面合金化层。
这种合金化层具有某些高于基材的性能,所以通过该技术能达到表面改性的目的。
1.2 激光重熔涂层组织和性能
热喷涂Cr3C2-NiCr陶瓷涂层具有高温耐磨和高温耐腐蚀性能,已成功应用于航空发动机和热轧钢辊。对于热喷涂涂层存在的缺陷,激光重熔技术可有效提高涂层的致密度,消除大部分孔隙,改善涂层与金属的结合情况,从而更好地发挥陶瓷涂层的使用性能。J.Mateos等[1]用大气等离子喷涂工艺在AISI 1043钢辊上喷涂0. 4mm涂层,经激光重熔后,孔隙率由9. 2%减小到几乎为0,微观组织变得均匀;显微硬度HV0. 3由重熔前的561增加到655,提高了大约17%;耐磨性能也得到很大提高。Junji Morimoto等[2]利用超音速火焰喷涂,用成分为Cr3C2-25%NiCr、
80%Ni-20% Cr的热喷涂粉末制备涂层,激光重熔时发现:随激光能量密度由100W增加到200W,在涂层冷却到室温后,逐渐出现纵向裂纹;随扫描速度由2mm /s增加到12mm /s,重熔层深度由大约300μm逐渐减低到150μm。重熔后,显微硬度由860~922增加到955~1 048。腐蚀试验结果证明,重熔后涂层的腐蚀减少量是未重熔涂层的50%,是基体的5%,可见激光重熔显著提高了耐腐蚀性能。
激光重熔Al2O3+TiO2后,会促进涂层中化学稳定性差的亚稳定相γ-Al2O3转变为α-Al2O3,原涂层的层片状结构消失,消除表层中的疏松、孔隙等缺陷,提高其致密度,从而防止腐蚀介质渗入,减少阳极溶解。重熔还促使合金元素均匀分布,减少微电池数目,从而提高耐蚀性。纳米改性的Al2O3+13% (质量分数)TiO2复合陶瓷涂层重熔后,纳米Al2O3颗粒主要分布在粗颗粒表面,填充在粗颗粒间,阻隔了腐蚀的途径,因此其耐腐蚀性能最高[3];此外,激光重熔还可提高Al2O3涂层的显微硬度和耐磨性[4]。
ZrO2是典型的热障涂层,被广泛应用于陶瓷发动机和透气机叶片上。在等离子喷涂ZrO2涂层中由于存在m相,极易被钒和硫的化合物腐蚀,重熔后消除了m相,提高了涂层的化学稳定性[5]。向兴华[6]在保证梯度涂层的成分分布方式不被影响的情况下,只对ZrO2表层进行了激光重熔处理,发现重熔区有致密的等轴晶结晶组织,由于熔区各部位凝固冷却速度不同,边缘晶粒较为细小,中部晶粒较为粗大;其表面硬度由960HV 增加到1 800~2 200HV;重熔处理使孔隙基本得以消除,有效阻止了氧化性气氛渗入到涂层中,因此使得涂层的抗氧化性能得到较大改善。激光重熔还能提高ZrO2涂层的热疲劳性能, PetitbonA[7]研究发现热疲劳抗力
的提高与重熔后涂层结合力的提高和柱状晶的形成对热应力起到一定
的协调作用有关,且随着涂层厚度的增加,热疲劳抗力的提高幅度增大。
镍基WC复合涂层具有高耐磨性和抗疲劳性,张学秋等[8]在45号钢基体上火焰喷涂Ni60+20%WC,经激光重熔后发现,基体和涂层结合处存在垂直方向的柱状晶,说明结合处的温度超过合金元素熔点,基体金属和涂层相互溶解和扩散,形成紧的冶金结合;涂层中有新的硬质相和共晶组织,WC均匀地分布在涂层中,细小的共晶化合物Cr7C3、Cr23C6、Ni3B、CrB弥散分布在固溶体中,有效改善了涂层的组织和性能,使得表面硬度达到HRC60,显微硬度达到800HV。
G.Y.Liang等[9]对在Al-Si合金表面等离子喷涂的Ni-Cr-B-Si涂层进行了激光重熔,发现重熔区出现成分偏析,富Al相———Al3Ni出现在表层,富Ni相———AlNi和Ni3Al出现在次表层,同时还出现非晶态组织。激光扫描热传递的后续热处理作用,使得许多Ni3Al相从非晶结构中分离出来,其表现为:最高硬度出现在非晶态和超微晶存在的区域(平均
硬度达952HV),其次是快速凝固表面Al+Ni3Al的枝晶结构区和紧邻非晶区域的针状Al3Ni2区域,粗Al3Ni2区域硬度最低(仅为72HV)。
虽然普遍认为涂层表面经激光重熔后,硬度、耐磨性、耐蚀性得到改善,但并非都能得到类似结果。例如: Buta Singh Sidhua[10]等人研究发现,激光重熔等离子喷涂NiCrAlY作为粘接层的Ni3Al涂层后,虽然孔隙率明显减小,层状结构消失,但是显微硬度却降低了近50%,从XRD分析可知,是由于基体中的Fe和粘接层中的Al扩散到涂层中的缘故。将喷涂热喷涂粉末由Ni+Al换为Stellite-6和Ni-20Cr,同样发现显微硬度降低[11]。R.Gonzalez[12]用激光对火焰喷涂NiCrBSi重熔后,也发现显微硬度由1 100HV100g降低到900HV100g。显微硬度降低的深层次原因和如何防止还有待于科学家进一步研究。
1.3 激光重熔存在的问题
由于陶瓷材料的耐热冲击性差、断裂韧性值低,因此在激光重熔过程中急剧加热、冷却的条件下易产生裂纹;激光表面重熔工艺中所用陶瓷涂层材料的熔点大大高于金属基体,且它们之间的热膨胀系数、弹性模量和导热系数相差极大,由此所产生的热应力易导致裂纹和涂层剥落;等离子喷涂时金属基体与陶瓷热喷涂粉末之间的相容性较差,熔融金属不能很好地浸润固体陶瓷热喷涂粉末,也易使涂层出现裂纹和孔洞。调整尺寸、降低膨胀系数、提高塑韧性对解决涂层开裂的效果不明显,从工艺方面还难以从根本上得到解决。
对于大面积激光重熔,由于激光光斑面积小,必须采用多次搭接技术或大面积光斑技术(散焦法、宽带法和转镜法)。多次搭接时,每个相邻扫描带存在1个重合区,因此,各区域显微硬度值是波动的;从金相组织上看,搭接涂层在整体上呈一种宏观的周期性性能变化。对大面积光斑技术而言,当输出功率一定时,光斑面积越大,功率密度越低;增大光束直径,可能削弱激光的高能密度和超快速加热优势。因此,大面积光斑技术的应用有其局限性。
2 电子束重熔技术
电子束重熔是利用高速定向运动的电子束,在撞击涂层表面后将部分动能转化为热能,对表面进行强化处理的一种技术。电子束重熔可以扩大合金的固溶度,细化晶粒,减少偏析,同时具有真空脱气的效果;并使其中的氧化物和硫化物等夹杂物溶解,起到固溶强化的作用,能有效地改善材料的耐磨、抗冲击、抗腐蚀、抗高温氧化等性能。
HidekiHamatani等[13]在镍基体上超音速火焰喷涂钨铬钴合金后用电子束重熔时发现,不仅电子束能量,而且基体板的厚度都影响重熔时的熔深和表面重熔层的宽度,随着厚度的增加(7. 5mm、15mm、30mm),重熔层熔宽也增大。在2~8kHz频率范围内,随着扫描频率的增加,能量增加,重熔后气孔量都明显减少,基体和涂层的结合强度提高,其值最高可达350MPa。
D.Utu[14]等用超音速火焰喷涂工艺在铜基体上喷涂0. 7~1mm厚的CoNiCrAlY(含质量分数为8%的Al),经电子束重熔后发现,涂层表面形貌变得均匀,气孔率明显下降。由于超音速喷涂工艺熔化颗粒的淬火速度非常高,因此遗留下的氧化物都是非晶态的AlNi3,由于重熔使Al氧化物发生重结晶,因此重熔后出现新相AlCo和Al2O3及AlYO3。通过H2SO4腐蚀试验,发现重熔后的涂层抗腐蚀性明显提高。
S.M.Miao[15]在耐热钢表面用等离子喷涂Cr2O3,经电子束重熔后,涂层典型的层状结构消失,涂层变得更致密,与基体间的结合强度更高。
作为高密度能量的热源,电子束与激光束在工艺上有许多相似之处。但是,由于产生原理和工艺条件的差异,它们各具优缺点。电子束加热重熔时,必须具备真空室(动力压力P<10-4Pa),大件及深孔的重熔处理受到限制,缺乏灵活性;但热转换率高,其电子束能量的75%能被涂层吸收(而激光束的吸收率仅为2% ~8% ),且成本比激光重熔低一半多;受电磁波(较短波长)和电子束波(受电场强度控制)的联合作用以及由于电子光学快速发展的结果,电子束光斑可以限定在一个很小的范围内,甚至比激光
光斑还要小,因此当试样较小或者要求重熔区域精确时,电子束重熔是一个非常有用的后处理技术[16]。
3 钨极氩弧重熔
钨极氩弧(Tungsten InertGas,简称TIG)重熔处理技术是利用电弧束能量对工件进行表面强化,由于其成本低,强化效果好,操作简单,易于推广,在国内外已经被越来越多地用于灰铸铁和球磨铸铁零部件的表面强化,如汽车发动机缸体、缸套、凸轮轴以及许多泵体和阀体等。
S.Mridha[17]在CPTi基体上预加热喷涂粉末,利用TIG重熔工艺成功制得没有孔洞和裂纹的金属涂层,其硬度可达450~600HV。Józef Iwaszko[18]又成功将TIG工艺用于等离子喷涂Al2O3+13%TiO2涂层的重熔处理,TIG设备如图2所示,其中,两电极相距5mm,重熔时,电极与工件相距2~3mm,优化工艺后的电流为60~75A。重熔后,孔隙率由13% ~19%下降到0. 7% ~4. 5%,涂层变得致密,消除了原来的层状结构;涂层表面粗糙度Ra由原来的6. 5μm降低到4. 3μm,表面变得平整。并且其力学性能也得到大幅提高,显微硬度由800~1 400HV0. 5提高到1 700~1 900HV0. 5;耐磨试验发现重熔前的磨损量是TIG重熔后的4. 5倍,是激光重熔后的6倍。因此,TIG重熔可以得到与激光重熔类似的耐磨性结果,这具有很大的应用价值。
4 火焰重熔
对喷涂层进行激光、高能电子束或高聚焦太阳能重熔,能使涂层性能得到改善,但这些工艺的实施受到设备条件的限制,故很难在一些中小型企业得以推广。据资料介绍,对16Mn钢材采用镍基、钴基自熔合金热喷涂粉末进行喷涂,经火焰重熔处理后,涂层耐磨性提高2倍,该研究成果已在鼓风机叶片上得到应用[19]。
揭晓华[20]曾用氧-乙炔对NiCrBSi合金热喷涂粉末的等离子喷涂层进行重熔处理,结果表明:涂层孔隙率由重熔前的9. 1%下降到1. 99%,气孔减少,组织变得致密,涂层与基体间基本无电解质存在,不会形成双金属电池而发生电偶腐蚀,从而明显提高了其耐腐蚀性。R.Gonzalez等[12]用火焰喷涂NiCrBSi后,分别进行了火焰重熔和激光重熔,重熔前涂层厚度为1. 3mm,孔隙明显,大约占涂层体积的10%,涂层与基体间为典型的机械结合。采用火焰重熔涂层,由于热量无法达到基体,重熔不完全,所以涂层与基体的结合形式没有发生改变;激光由于能量密度比较大,所以热量可以到达基体,因此变为冶金结合,但这2种重熔方法均可以明显降低孔隙率。
火焰重熔热源不仅仅局限于氧-乙炔。由于燃气资源丰富,设备简单,操作方便,因此广州有色金属研究院在工业用燃烧器的基础上,研制出一台具有较大功率的燃气火焰重熔装置,利用乙炔或丙烯为燃气,对校直辊和拉矫辊等许多辊类进行了重熔处理,证明这台装置安全可靠,可取得良好的重熔效果。进行火焰重熔时,重熔枪的行走速度及离工件的距离必须严格控制,否则基体热影响区过大,会产生变形及开裂。该方法经常应用于自熔合金,简单实用,可在施工现场进行操作。如果零件小且量不大,手持含氧燃料火焰枪加热是最具竞争成本的,但由于手持火焰枪加热劳动强度大,不可能做到均匀加热。
5 感应重熔
涂层感应重熔技术是在工件基体上预先制备涂层,然后利用感应圈中的交变磁场在工件中产生涡流,利用涡流产生的热量达到使涂层熔化的目的。涡流的趋肤效应构成了感应加热的主要优势,使得热量可以集中在要求的加热区域内。由于可以使涂层熔化,所以能使涂层与基体的结合力状况得到改善;又由于热量集中在表层,所以对基体的热影响小,从而达到热影响小、结合力强的要求。
王继东[21]在铁基上对电弧喷涂铝层进行研究发现,重熔先从界面开始,然后向表层推进,重熔处理后的喷涂层与基体之间形成了铁铝金属间化合物,从而获得呈冶金结合、均匀致密的铝涂层,且对基体热影响小,可操作性强。一般来讲,合金热喷涂粉末只有具备其熔点低于基材和具有自熔性这2个基本要求才能应用火焰喷涂。当选用自熔性较差的Cu基热喷涂粉末喷涂时, Cu基热喷涂粉末会氧化,从而形成较厚的氧化膜,基材亦因为高温而受氧化,从而造成熔合困难并产生夹渣。但是蔚晓嘉等[22]利用感应重熔方法成功熔化Cu基涂层,未发现有害的晶界扩散,从而降低了涂层材料“自熔性”的要求。涂层感应重熔的效果与涂层的相对磁导率和电阻率有密切关系,多种合金涂层重熔时都表现出在涂层与基体的界面和涂层表面处为高温区,这种温度分布的不均匀性是涂层感应重熔温度场的基本特征,它不仅影响重熔过程的稳定性,也决定了涂层的组织结构与性能。很多资料都讲到这一点,文献[23]、[24]从电磁场基本理论出发,对温度场的分布特征进行了研究和理论推证,以便更深入地了解重熔规律。
感应重熔热源为环形,而非前3种重熔工艺的点状热源,因此温差效应应力小,工件变形小,加热频率高,涂层能迅速熔化并与基体形成良好的冶金结合,不易开裂剥落;且重熔工艺容易控制,工件环境清洁,从而改善
了操作者的劳动环境。正由于以上优点,该工艺在国内外已成功应用在实际生产中。柯诺莫(Colmonoy)公司曾采用中频(9kHz)感应加热的方法对氧-乙炔火焰制备的涂层进行了重熔处理,使采用原来钢质材料制造的轧钢输送辊的寿命提高了4倍。湘潭钢铁厂耐火材料分厂的83mm×630mm 耐火材料模具芯棒用于成型高铝浇钢砖,原芯棒采用A3钢渗碳淬火制造,使用寿命短,后改为在A3钢芯棒表面喷涂含WC的自熔合金涂层,然后进行中频感应加热重熔,获得致密、高耐磨涂层,一次使用寿命可提高10倍以上,可修磨4~5次,总寿命比原芯棒提高了40~90倍。
6 整体加热重熔
喷涂层被重新加热到固态和液态之间的某个温度实施重熔,此时涂层呈半固态,材料变得致密并氧化成熔融状,因此冶金反应引起了大量的硬质相(碳化物、硼化物及其结合物)以涂层混合物的形态沉积。重熔后表面经过冷却,这些硬质相保留在涂层上,提供了优秀的耐摩擦磨损能力。根据应用的广泛程度和成本因素来看,镍基合金是熔融合金中最有价值的,也是近几年来炉重熔研究材料最多的。一般来说,镍基涂层的表面硬度都能根据应用需要,保持在35~65HRC之间[25]。揭晓华等[26]用真空炉对Ni-Cr-B-Si合金热喷涂粉末等离子喷涂件进行整体加热重熔,发现孔隙率明显降低,喷涂层与基体的结合力、抗高温磨损性能和抗高温氧化性能得到明显提高。向兴华等[27]对等离子喷涂Ni基WC型自熔合金涂层进行炉熔处理后,涂层由喷涂态的富含孔隙、未熔颗粒的层状结构转变为致密的结晶组织结构,部分WC颗粒被Ni基合金包覆,涂层与基材由机械咬合结合转变为冶金反应扩散结合,使涂层的强韧性和涂层与基材的结合强度得以显著改善,由韧性相+硬质相形成的复合涂层结构使
其耐磨性提高2~3倍。整体加热重熔,必须严格控制炉温,一般在合金固相线以上10~30℃。例如,镍基自熔合金粉固相点为1 035℃,液相点为1 280℃,则炉温应选用1 045~1 065℃。在此温度区内,涂层约有60% ~80%的液态及20% ~40%的固态,此时黏度足够大,涂层才不至于流淌。
火焰加热劳动强度大,只适合零件小且量不大的零件重熔;感应重熔适合于形状简单的批量零件,形状复杂零件难以应用。但是炉内重熔没有这些限制,对量大的零件可以成批处理,对处理数百个一批的小零件特别有利,避免了手工重熔的费时和有强度的劳动。而且由于固态与液态之间的温度可以精确控制,对形状复杂的零件可以保持重熔效果的一致性。正由于以上优点,该工艺已有许多成功的应用,例如:石油化学气阀门及其
球阀、弹性挤压螺纹组合、农用犁片和盘以及矿用齿轮与粗眼筛。近年
来,美国又成功重熔双面零件,例如油田井盖阀门;开发了较厚重熔从而
延长其使用寿命,例如对焊矩的重熔。
7 各重熔工艺的差异
综上所述,对热喷涂涂层进行重熔后处理工艺,可以成功降低涂层孔隙率,改善涂层与基体间的结合情况和涂层质量,从而提高其力学性能。尤其是激光重熔,由于具有很高的能量密度和稳定的输出功率,可以明显改善涂层的组织及性能,因此被研究得最多,是最具发展前景的一种表面改性技术。各工艺由于自身特点存在以下不同之处:
1)适用涂层类型不同激光重熔、电子束重熔利用的是高能量密度能源,激光重熔基本上不受材料种类的限制,又可根据实用性能要求设计涂层组成,无论基体及涂层是何种类型,都可获得一定深度的高性能重熔层,易实现局部处理,且具有使涂层与基体结合强度高等特性,因此被众多学者研究,发展迅速。感应重熔利用的是趋肤效应,因此其重熔效果与涂层的相对磁导率和电阻率有密切关系。火焰重熔常应用在自熔合金涂层上。
2)基体变形程度不同激光重熔、电子束重熔、火焰重熔、TIG重熔是点加热方式,对基体变形影响较小。但由于温差效应造成的应力比较大,已重熔部分与未重熔部分的组织结构会存在差异,如果不控制好工艺,很容易造成涂层开裂和脱落。感应重熔热源为环形,因此温差效应小,涂层不易开裂和脱落。整体加热重熔是体加热,即需要将整个工件放入加热炉中,因此会对基体产生影响,需要严格控制加热温度和升温速度。
3)劳动者施工环境和强度不同激光重熔、电子束重熔由于设备的操作和维护复杂,需要在室内进行。火焰重熔和TIG重熔简单实用,可在施工现场进行操作。感应重熔工艺容易控制,且工件环境清洁,可明显改善操作者的劳动环境。
4)适用工件类型不同电子束重熔对于较小试样或要求重熔区精确时有很大优势。火焰重熔需要将整个工件加热到很高温度,对于大且厚的工件根本无法实现重熔处理。感应重熔强烈受感应圈形状和尺寸限制,只适于尺寸小的圆形工件。整体加热重熔非常适合批量生产。
8 结语
热喷涂涂层进行重熔后处理可消除涂层层状结构,降低孔隙率,显著改善其组织和耐磨、耐蚀、耐热等性能,已成功应用于实际生产中,从而提高了零件的使用寿命,具有显著的经济效益。可以预料,其研究会愈来愈深入,其应用将愈来愈广泛。
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目 录
1 介绍 ---------------------------------------------1 2 系统安全及环境保护---------------------------------------------2 3 综述 ---------------------------------------------4 4 启动 --------------------------------------------24 5 用窗口工作 --------------------------------------------26 6 手动操作机器人 --------------------------------------------27 7 自动生产 --------------------------------------------36 8 编程与测试 --------------------------------------------42 9 输入与输出 --------------------------------------------52 10 系统备份与冷启动 --------------------------------------------53 11 机器人保养检查表 --------------------------------------------61 附录1 安全控制链 --------------------------------------------62 附录2 定义TCP --------------------------------------------66 附录3 文件管理 --------------------------------------------68 附录4 错误排除一般步骤 -------------------------------------71
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等离子喷涂的应用及发展趋势
由几个零部件磨损，导致北京地铁四号线电扶梯发生故障，而造成人员伤亡的案件，至今仍让人深感痛惜。事件过后，人们不禁反思，几个小小零部件的磨损果真有这么大的威力吗？毋容置疑，得到的答案是肯定的。事实上，据国外统计资料表明：摩擦消耗掉全世界1/3的一次性能源，约有80%的机器零部件都是因为磨损而失效，每年因此而造成的损失也是相当巨大。因此，发展表面防护和强化技术，也得到世界各国的普遍关注，这也极大推动了表面工程技术的飞速发展和提高。表面工程技术能够制备出优于本体材料性能的表面薄层，赋予零部件耐高温、耐磨损及抗疲劳等性能。其中，等离子喷涂作为是表面工程中的一项重要技术，因其具有涂层硬度高、耐磨性能优异等优点，已在国民经济的各个领域获得广泛应用。经过整理搜集，下面慧聪小编就为大家简单介绍下等离子喷涂技术。 一、等离子喷涂的工作原理： 等离子喷涂是以等离子弧为热源的热喷涂，指利用等离子弧将金属或非金属粉末加热到熔融或半熔融状态，并随高速气流喷射到工件表面形成覆盖层，以提高工件耐蚀、耐磨、耐热等性能的表面工程技术。其中等离子弧是一种高能密速热源，当喷枪的钨电极（阴极）和喷嘴（阳极）分别接电源负极和正极（工件不带电）时，通过高频振荡器激发引燃电弧，使供给喷枪的工作气体在电弧的作用下电离成等离子体。由于热收缩效应、自磁收缩效应和机械收缩效应的联合作用，电弧被压缩，形成非转移型等离子弧。 等离子喷涂工作原理 点击此处查看全部新闻图片 二、等离子喷涂的特点：
1、由于热收缩效应、自磁收缩效应和机械收缩效应的联合作用，所形成的非转移型等离子弧可以获得高达10000摄氏度以上的高温，且热量集中， 因此可以熔化各种高熔点、高硬度的粉末材料。 2、等离子焰流速度高达1000m/s，喷出的粉粒速度可达180-600m/s，因此可以获得组织致密、气孔率低、与基材结合强度高(65-70MPa)、涂层厚度 易于控制的喷涂层。 3、等离子喷涂过程中零件不带电，且受热温度低(表面温度一般不超 过250℃），因此喷涂过程中零件基本无变形，母材的组织性能亦无变化，且 不改变其热处理性质。特别适合于高强度钢材、薄壁零件、细长零件等的喷涂。 4、效率高。等离子喷涂是，生产效率高。采用高能等离子喷涂设备时，粉末的沉积率可达8kg/h。 三、等离子喷涂耐磨涂层的应用： 摩擦、磨损是一切机器设备工作中存在的普遍现象，有相当一部分零 部件是由于摩擦磨损而造成失效报废的等离子喷涂涂层最典型的应用就是耐磨 涂层。等离子喷涂陶瓷和金属陶瓷涂层，不仅可以使零部件具有高的硬度，优 异的耐磨性；而且涂层摩擦系数低，能耗小，在机械、航空等领域应用广泛。 喷涂材料一般选用Al 2O 3 、Cr 2 O 3 、TiO 2 等陶瓷粉末。 减小磨损的另一个途径是减小相互接触表面的摩擦系数。等离子喷涂铝及铝合金复合材料涂层，在边界润滑条件下，可表现出极好的耐磨性，有优异的抗粘着磨损能力。同时，由于喷涂工艺的要求，可使涂层结合强度高，孔隙率低,质量优异且稳定。如在内燃机钒钦灰铸铁活塞环上等离子喷涂 Mo+28%NiCrBS复合材料涂层代替镀铬，涂层厚度0.5~0.8mm，硬度1100HV。即使在较高温度下，即使时间延长，涂层硬度也不会发生改变；并且，在相同的工况下，摩擦系数从原来的0.110下降到0.089，显示出喷铝涂层在有润滑条件下，具有良好的抗咬合性，并能承受瞬时的摩擦高温，是目前理想的活塞环涂层。 四、等离子喷涂其它涂层的应用： 1、耐热涂层耐热涂层多应用与高温工程，它包括抗高温氧化、高温隔热等，一般采用氧铝作为耐热涂层，广泛用于航空发动机，燃气轮机等高温工作下零部件的表面，起隔热作用。现有的高温合金（如高温镍合金使用的极限温度为1075摄氏度）和冷却技术都难以满足设计要求，解决这一问题的办法就
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摘要 由于目前使用的油漆大多含有苯，笨是一种极易挥发，并且能致癌的化学物质。在没有任何防护的情况下进行喷漆作业对工人的危害极大的，因此各种各样的喷漆机器人应运而生。 本文设计了一种关节式喷漆机器人，具有六个自由度，其中手腕关节具有三个自由度，其它的关节各具有一个自由度，各个关节采用液压驱动。 本文设计的喷漆机器人采用了类似于铰链四杆机构的结构形式。驱动小臂运动的电机安装在腰部回转盘的上面，通过带动铰链四杆机构间接驱动小臂实现俯仰运动，这样避免了把液压缸直接安装在大臂和小臂的连接处，从而减小了小臂自身的重量，同时减小了驱动大臂和腰关节的液压缸所需要的功率与力矩，这种铰链四杆机构还使小臂实现自身的重力平衡从而减小了静力矩。喷漆机器人的主体采用了铝合金材料，减轻了自身的重量。喷漆机器人的整体动态性能也因此提高。 关键词：喷漆机器人；关节式；结构设计仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢50
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Abstract Nowadays most paint contains benzene．The benzene is very volatile，toxic and carcinogenic．It does harm to the workers heavily when the protection is absent．So different kinds of painting robots appeared and developed greatly． A joint type painting robot was designed in this paper．It had six degrees of freedom．The wrist had three degrees of freedom and the other joints had three degrees of freedom．The painting robot’s joints were driven by hydraulic pressure ． Parallelogram structure was used in the robot．The hydraulic cylinder which was installed on the waist turning table droved the forearm indirectly through the parallelogram structure．The structure avoided installing the hydraulic cylinder directly on the joint to reduce the forearm’s weight．So the burden of the hydraulic cylinder which drive the upper arm and the waist were reduced．Also this structure made the forearm realize balance itself and reduce the static torque．Aluminum alloy was used greatly in the robot，so the weight of the robot was reduced．Also the dynamic performance was improved． Keywords：painting robot；joint；structure design 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢50
等离子喷涂APS的优缺点
水稳等离子喷涂是占据重要地位的气稳等离子喷涂的另一种选择。它的优点突出：功率大、成本低、喷涂速度高。在热喷涂技术向大产值和大批量迈进的形势下，这项技术开始受到更多的重视和应用。 一、概述 早在八十年前，德国西门子公司的技术人员就提出了水稳等离子弧的概念。尽管人们对这种电弧形式已认识很久，但对其性能及对该电弧工艺的控制却知之甚少。上世纪50年代，欧洲的科学家对该项技术进行了大量的实验室研究，60年代末，水稳等离子工艺被最终用于切割和热喷涂。目前，水稳等离子已成功地推向市场，应用于多种工业领域。 气稳等离子喷涂（非转移弧）所能提供的温度通常为8000°C ― 14000°C，每公斤等离子气所产生的焓值大体为1 ~ 100MJ/Kg。由于弧室壁的热载荷的限制，提供再高的温度或更大的热焓值将非常困难。水稳等离子弧则靠室壁蒸发而形成的，从而能够提供更高的温度及热焓。 迄今，市场上可提供的水稳等离子喷涂设备，其功率可达120 ~ 200Kw，最大温度可达50000度，每小时可喷涂近100公斤金属，30-60公斤陶瓷粉。 二、工作原理 水稳等离子弧产生的基本原理如图1所示。首先，水呈切线方向注入弧室从而产生水漩涡，起弧便发生在水漩涡的中心。水漩涡内径的部分流入了出水孔。传导弧心所散发的能量通过辐射、热传导和紊流导入水涡流的内侧。于是，水的蒸发、热气的受热与电离便产生等离子弧。水蒸发的速度与到达水表面的功率大小有关。其它所转移的能量被弧束与水表面之间的蒸气所吸收，并产生热量进而使蒸气电离。当然，一部分热能也随水而流走。 三、水稳等离子（LP）的特点 当前工业上所采用的典型的水稳等离子(LP)喷涂设备是捷克布拉格等离子物理研究所指导开发 的PAL160型。该系统是由特殊形状的腔室、旋转冷却的阳极和自耗石墨阴极构成。系统的核心是阴阳两极之间的起弧过程，起弧是靠切线方向输入的水流中央的金属丝打火所引发。该过程依靠外层水流来冷却腔壁，而不必象气稳等离子弧那样，需要两套独立的工艺–稳弧与冷却。但水稳等离子弧工艺具有弧焰不太稳定，电极易腐蚀等缺点。 很明显，气稳等离子弧（GP）适用于对喷涂质量要求高、喷涂面积小、工艺精细的作业，喷涂材料一般较为特殊、价格较昂贵；而水稳等离子喷涂(LP)则是用于大面积、高速率作业，尤其适用于批量喷涂氧化物材料，对于大量生产球形粉末材料也是最佳的选择。 四、水稳（LP）和气稳等离子(GP)喷涂优缺点的比较 气稳等离子（GP）喷涂 优点： 机械结构较为简单 起弧较容易 电极寿命长 燃烧稳定 独立的气流与压力控制 效率更高 缺点： 载气价格昂贵 两种介质体系（稳弧及冷却） 喷涂速率小 对喷涂材料质量要求高 水稳等离子（LP）喷涂
等离子喷涂参数的选择
等离子喷涂参数的选择 1. 气参数（流量） 主气的流量是重要的工艺参数之一，它直接影响到等离子焰流的热焓和速度，继而影响喷涂效率和涂层孔隙率等。当喷涂功率一定时，主气流量过大或过小均会导致喷涂效率的降低和涂层孔隙率的增加（热喷涂与再制造）。气流量过大，离子浓度减少，过量的气体会冷却等离子的焰流，不利于粉末的加热，粉末熔化不充分，使喷涂效率降低，涂层组织疏松，孔隙率增加；反之主气流量太小，会使焰流软弱无力，次级气在工作气体中的相对含量增加，造成射流热焓和温度的提高，使喷涂粉末过熔。 次级气的流量变化主要反映在喷涂电压的变化上。 送粉气的压力和流量对涂层质量的影响也很大。对外送粉喷枪而言，送粉气对涂层质量的影响尤其严重。如图所示，送粉气压力和流
量过小会使粉末难以到达焰流中心，过大则会使粉末穿过射流中心，产生严重的“边界效应”，致使涂层疏松，结合强度降低。对于内送粉喷枪而言，送粉气压力和流量过大同样不能把粉末送入焰心，若过小，则易造成堵塞喷嘴，严重时则会烧坏喷嘴（热喷涂与再制造）。若要很大送粉气压力和流量才能把粉末送入焰心，则须检查供粉系统的气密性，是否漏气。 所以送粉气的压力和流量应根据送粉量的大小、粉末的比重、粉末的流动性以及供粉系统的性能、射流的功率和刚性来选取。 2. 电参数 （1）功率 输入功率大小首先要满足能够将粉末熔化良好。形成涂层的粉末所需的热功率应为： 式中：Gf——单位时间的送粉量 T0，Tm，Tr——粉末原始温度、粉末熔点和粉末过热的温度；
Cs，Cm——粉末固态和熔态的比热； Hr——熔融粉末材料在Tr下的热焓增量。 根据等离子焰流能量利用系数ηf，可估算出喷嘴出口处等离子体的热功率qp： 最后按喷枪效率η，可估算出所需输入的功率P： 式中：0.24——电能转变为热能的系数 一般来说，采用较高的功率值比较好。一般等离子喷涂常用的功率为20~35 kW，而HEPJet高效能超音速等离子喷涂常用的功率为45~65 kW。 （2）电压和电流 等离子弧电压是由喷枪结构和工作气体决定的。可以通过调节阴极与喷嘴间的距离和变化工作气体的成分来调节弧电压（热喷涂与再制造）。在已选定喷枪结构和主气体流量为一定值的情况下，电压与电流的调节可以通过改变电源调节器和H2流量来进行调节。应当注意的是当改变电压或电流时，主气的流量也会相应的有些变化，因此为了保证稳定的喷涂参数，当调节电压和电流时要适时的调节并维持主气流量不变。 功率确定后，应尽可能选用较高电压和较低电流，这样有利于提
等离子喷涂设备的工作原理
等离子喷涂设备的工作原理 等离子喷涂：包括大气等离子喷涂，保护气氛等离子喷涂，真空等离子喷涂和水稳等离子喷涂。 等粒子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，它具有：①超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。③由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。 <1>等离子的形成（以N2为例）： 0°k时，N2分子的两个原子程哑铃形，仅在x,y,z方向上平动； 大于10°k时，开始旋转运动； 大于10000°k时，原子间产生振动，分子与分子间碰撞，则分子会发生离解变为单原子： N2＋Ud——>N＋N 其中 Ud为离解能 温度再升高，原子会发生电离: N＋Ui——>N＋＋e 其中 Ui为电离能 气体电离后，在空间不仅有原子，还有正离子和自由电子，这种状态就叫等离子体。 等离子体可分为三大类：①高温高压等离子体，电离度100％，温度可达几亿度，用于核聚变的研究；②低温低压等离子体，电离度不足1％，温度仅为50～250度；③高温低压等离子体，约有1％以上的气体被电离，具有几万度的温度。离子、自由电子、未电离的原子的动能接近于热平衡。热喷涂所利用的正是这类等离子体。
<2>喷涂原理： 等粒子喷涂原理如图5－9所示。 等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧项比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。 按接电方法不同，等离子弧有三种形式： ①非转移弧：指在阴极和喷嘴之间所产生的等离子弧。这种情况正极接在喷嘴上，工件不带电，在阴极和喷嘴的内壁之间产生电弧，工作气体通过阴极和喷嘴之间的电弧而被加热，造成全部或部分电离，然后由喷嘴喷出形成等离子火焰(或叫等离子射流)。 等粒子喷涂采用的就是这类等离子弧。 ②转移弧：电弧离开喷枪转移到被加工零件上的等离子弧。这种情况喷嘴不接电源，工件接正极，电弧飞越喷枪的阴极和阳极（工件）之间，工作气体围绕着电弧送入，然后从喷嘴喷出。 等离子切割，等离子弧焊接，等离子弧冶炼使用的是这类等离子弧。 ③③联合弧:非转移弧引燃转移弧并加热金属粉末，转移弧加热工件使其表面产生熔池。这种情况喷嘴，工件均接在正极。 等离子喷焊采用这种等离子弧。 进行等粒子喷涂时，首先在阴极和阳极（喷嘴）之间产生一直流电弧，该电弧把导入的工作气体加热电离成高温等离子体，并从喷嘴喷出，形成等离子焰，等离子焰的温度很高，其中心温度可达30000°k，喷嘴出口的温度可达; 15000～20000°k。焰流速度在喷嘴出口处可达
热喷涂技术应用论文
等离子喷涂技术的现状与展望 笑嘻嘻 机械11-3 学号：2011 摘要：综合分析了国内外等离子喷涂技术的现状, 着重阐述了今后的发展趋势, 并希望这一技术在我国的工业生产中发挥更大的作用。关键词：等离子喷涂实时诊断智能控制 1概述 随着现代科技和工业的发展, 对材料的性能提出了愈来愈高的要求, 不同的领域对材料的性能要求也有很大的差别, 即对于同一零部件的不同部位所要求的性能亦有所不同。因此, 寻求各种功能材料,甚至是智能材料已经成为当今世界的热门研究课题之一。 等离子喷涂技术是获得材料表面功能涂层的有效手段, 具有生产效率高、涂层质量好、喷涂的材料范围广、成本低等优点。因此, 近十几年来, 该技术的进步和生产应用发展很快, 现已广泛用于核能、航天航空、石化、机械等领域。 欧美国家从事等离子喷涂技术的研究工作较早, 现已形成大规模的开发、研制、生产基地。涌现出一批大型跨国公司, 如美国的Miller公司、METCO公司、瑞士的Castolin公司, 并分别开发了自己的系列产品, 不断加以改进。如METCO公司从最初的3M系统发展到了现在的10M 系统。最近又推出了计算机控制的等离子喷涂系统, 配有AR-2000 型6关节机器人, 可对不同部件进行编程, 制订不同的喷涂工艺, 具有菜单式软件驱动,可实时监测和记录等离子喷涂工艺参数, 并加以闭环控制。 日本虽然起步较晚, 但非常注重引进世界一流的设备和技术, 并加以发展。特别是近年来, 日本在等离子喷涂技术方面的研究异常深人, 大有后来居上之势。 在1992年第十三届国际热喷涂会议上, 共提交论文250多篇。其中美国110篇, 日本40篇, 德国24篇,中国12 篇, 其它多来自欧洲国家。在编人会议论文集的161篇文章中, 我国只有2 篇人选。由此可看出在一定程度上反映了各国的发展水平。 与先进国家相比, 我国在等离子喷涂技术研究上投入的人力、物力较少, 而又分散在多家研究机构。如武汉材料保护研究所、航天部625所、清华大学、华南理工大学、沈阳工业大学、北京矿冶研究总院和广州有色金属研究所。这样, 其研究能力就显得更加势单力薄。80年代初, 武汉材保所和航天部625所, 在METCO公司7M 系统的基础上, 分别研制出可 控硅整流等离子喷涂系统, 可惜未能形成生产能力和继续发展。近年来, 我国对等离子喷涂技术的研究工作多集中在涂层性能及喷涂工艺方面。国内从事等离子喷涂设备生产的仅几家小厂, 技术力量薄弱, 尚不具备开发、研制能力, 所生产的机型落后, 技术水平低。 2等离子喷涂电源及改进 目前, 等离子喷涂技术正朝着高效、大功率方向发展。但现已商品化的等离子喷涂系统多采用传统的整流式电源, 不仅能耗高, 而且体大笨重, 不便于现场使用。作为世界一流的METCO公司所生产的等离子喷涂设备中, 其电源也是晶闸管整流式, 其整机重量930kg。体积为690mm（长）╳1230mm（宽）╳1220mm（高）。目前, 使等离子喷涂设备实现节能和小型化已成为一个重要的研究课题。 瑞士的castolin、公司最近率先推出了小型的晶体管式等离子喷涂电源, 其设计紧凑,
等离子喷涂
论文题目：等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆-漂珠复合涂层的组织与性能研究 研究方向：表面工程材料 题目来源：国家部委省市厂、矿自 选有无 合同 经费 数 备注 √ 题目类型：理论 研究应用 研究 工程 技术 跨学科 研究 其他应用研究 A：研究生论文选题的来源及意义 工程应用背景 热障涂层系统（TBCs，Thermal Barrier Coating Systems）通常是指沉积在金属或其他物质表面、具有良好隔热效果的陶瓷涂层。其主要功能是降低高温环境下零部件的基体温度，以避免其被高温氧化、腐蚀或磨损。金属氧化物及其复合材料相比其他材料而言具有更低的热导率，而且其在富氧的高温环境中具有更好的稳定性，因此成为理想的热障涂层材料。目前，使用等离子喷涂制备的热障涂层已被广泛地应用于航空发动机热端部件、燃烧室器壁、大型钢铁厂轧辊、核反应容器等，用来降低基体的工作温度。采用大气等离子喷涂（APS）方法在MCrAlY (M: Ni,Co或NiCo)粘结低层上喷涂ZrO2-(6～8 wt.%)Y2O3（YSZ）是最常用的TBCs体系。 伴随现代航空工业的快速发展，热端部件的工作条件越来越苛刻，进而对零部件的性能提出更高的要求。例如，直升机高新工程发动机排气系统排气管工作时表面温度高达600℃。排气管隔热材料要求具有防火性能，而且密度低，不影响飞机整体结构设计，隔热效率要高，且能在较小的厚度下将排气管的温度阻隔到其要求的温度以下。 当前工程主要采取在尾喷管外表面捆绑陶瓷隔热材料的方式进行隔热，隔热效果基本能够满足要求，但是其结果却是重量超出了一倍左右，从而带
来了较大的重量代价，不能完全满足工程上所要求的技术性能指标，因此必须研制一种轻质防火隔热材料，以满足新一代热端部件的热防护要求。 选题的意义 我们通过对漂珠的简单分析研究发现其可能是一种能满足上述工程需求的较为理想的材料。漂珠的主要化学成分为硅、铝的氧化物，其中二氧化硅约为50－65%，三氧化二铝约为25－35%。因为二氧化硅的溶点高达摄氏1725度，三氧化二铝的溶点为摄氏2050度，均为高耐火物质。因此，漂珠具有极高的耐火度，一般达摄氏1600－1700度，使其成为优异的高性能耐火材料。质轻、保温隔热。漂珠壁薄中空，空腔内为半真空，只有极微量的气体（N2、H2及CO2等），热传导极慢极微。所以漂珠不但质轻（容重250－450公斤/m3），而且保温隔热优异（导热系数常温0.08－0.1），这为其在轻质保温隔热材料领域大显身手奠定了基础。硬度大、强度高。由于漂珠是以硅铝氧化物矿物相（石英和莫来石）形成的坚硬玻璃体，硬度可达莫氏6－7级，静压强度高达70－140MPa，真密度2.10－2.20克/cm3，和岩石相当。因此，漂珠具有很高的强度。一般轻质多孔或中空材料如珍珠岩、沸岩、硅藻土、海浮石、膨胀蛭石等均是硬度差、强度差，用其制的保温隔热制品或轻质耐火制品，都有强度差的缺点。他们的短处恰恰是漂珠的长处，所以漂珠就更有竞争优势，用途更广。粒度细，比表面积大。漂珠自然形成的粒度为1－250微米。比表面积300－360cm2/g，和水泥差不多。因此，漂珠不需粉磨，可直接使用。细度可满足各种制品的需要，其他轻质保温材料一般粒度都很大（如珍珠岩等），如果粉磨就会大幅度增加容量，使隔热性大大降低。在这方面，漂珠有优势。 综上所述，基于氧化锆导热率低和漂珠材料密度小、中空、隔音、耐火、耐磨的特点,我们提出采用等离子喷涂经过团聚处理的纳米氧化锆／氧化钇／漂珠三元陶瓷热障涂层体系,为研究开发适用工程要求的热障涂层材料开辟了一条新途径,具有重要的科学技术意义和工程应用价值。
喷涂机器人资料与应用
解析喷涂机器人的系统应用 导读: 喷涂机器人的大量运用极大地解放了在危险环境下工作的劳动力，也极大提高了汽车制造企业的生产效率，并带来稳定的喷涂质量，降低成品返修率，同时提高了油漆利用率，减少废油漆、废溶剂的排放，有助于构建环保的绿色工厂。 喷涂机器人的大量运用极大地解放了在危险环境下工作的劳动力，也极大提高了汽车制造企业的生产效率，并带来稳定的喷涂质量，降低成品返修率，同时提高了油漆利用率，减少废油漆、废溶剂的排放，有助于构建环保的绿色工厂。 目前国际市场上供应的喷涂机器人大致可分为以下几类：按是否具有沿着车身输送链运行方向水平移动的功能，分为带轨道式和固定安装式机器人；按安装位置的不同，分为落地式和悬臂式机器人。落地式机器人具有易于维护清洁的优点。带轨道式机器人则具有工作范围相对较大的优点。而悬臂式机器人则可减少喷房宽度尺寸，达到减少能耗的作用。 图1喷房系统单元平面
图2悬臂式带轨道机器人 喷涂线设备 以我公司涂装车间技术改造项目为例，车间原有一条自动化整车喷涂线，以功能来划分喷房单元。中涂采用4台落地式固定安装机器人，色漆采用8台落地式带轨道机器人，清漆同样采用8台落地式带轨道机器人。为了提高生产节拍，本次技术改造方案为：在中涂区域新增4台相同型号的落地式固定安装机器人。新建一条面漆线，其中色漆区域采用8台悬臂式带轨道机器人，清漆区域同样采用8台悬臂式带轨道机器人。成套设备从美国进口，改造完成后可将生产节拍提高1倍。喷房系统单元平面示意图见图1。无论是何种类型的机器人设备，其系统应用原理都是相似的，主要子功能部分为：悬臂式带轨道机器人（见图2）、落地带轨道式机器人（见图3）和落地无轨道式机器人（见图4）。
等离子喷涂技术现状及发展
2007年第7 期 总第1028 期2007年10月 等离子喷涂技术现状及发展 陈丽梅，李强 （福州大学材料科学与工程学院，福州350002） 摘要：从等离子喷涂设备、等离子喷涂过程中的测量技术及等离子喷涂技术的应用等几个方面综合分析了近年来等离子喷涂技术的研究现状和发展概况，指出了等离子喷涂技术的发展方向。 关键词：等离子喷涂设备；测量技术；应用；发展 等离子喷涂属于热喷涂技术，它是将粉末材料送入等离子体（射频放电）中或等离子射流（直流电弧）中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。因此，近几十年来，其技术进步和生产应用发展很快，己成为热喷涂技术的最重要组成部分。表1列出了各种热喷涂方法的应用和发展情况。本文着重就近年来等离子喷涂技术在喷涂设备、喷涂测量技术及其应用等方面的研究现状与发展概况进行深入探讨。 1 国内外等离子喷涂设备的现状 喷涂装置的研究始终是等离子喷涂技术的研究热点。从上世纪80 年代起，随着计算机、机器人、传感器、激光等先进技术的发展，等离子喷涂设备的功能也得到了不断的强化。目前，国内外先进的等离子喷涂设备正向轴向送粉技术、多功能集成技术、实时控制技术、喷涂功率两极分化（小功率或大功率）的方向发展。
加拿大Mettech 公司开发出的Axial III 三阴极轴向送粉等离子喷涂系统,是目前国际上获得成功商业应用的轴向送粉等离子喷涂设备。与传统的枪外送粉等离子喷涂设备相比,Axial III 沉积效率高、送粉速率高、孔隙率低、获得的涂层硬度高,且对粉末粒度分布要求不高。Sulzer Metco 公司的Multicoat 等离子喷涂系统第一次将PC 计算机的先进性(过程再现、数据管理) 和PLC 的稳固性结合起来。Multicoat等离子喷涂系统可以进行大气等离子喷涂(APS) 、真空等离子喷涂(VPS) 和超音速火焰喷涂(HVOF) 。喷涂的涂层质量高、重现性好、能自动记录打印喷涂参数、自动报警和处理操作事故,是目前多功能集成等离子喷涂系统的代表。PRAXAIR - TAFA 公司开发的5500 - 2000 等离子喷涂系统则是实时控制技术的代表,它采用专有软件“实时”控制和监测等离子弧的实际能量,使等离子喷涂系统的闭环控制提高到一个新的水平。此外,国外对小功率等离子喷涂设备的研究主要集中在枪内送粉(包括轴向和径向) 和层流等离子喷涂方面。俄罗斯航空工艺研究院对层流等离子射流及其喷涂工艺已进行了多年研究,工艺已较成熟,并已在航空领域得到应用。大功率等离子喷涂系统目前比较成功的是PRAXAIR - TAFA公司的PlazJet ,其喷枪功率可以达到200 kW。 我国从上世纪70年代引进美国Metco公司等离子喷涂装置起，开始了对等离子喷涂技术的研究与应用，与国外的先进水平相比，还有较大的差距。目前，从事等离子喷涂技术研究的机构有北京航空制造工程研究所（625所）、武汉材料保护研究所、华南理工大学、北京矿冶研究总院和广州有色金属研究院等。北京航空制造工程研究所（625所）研制的APS-2000 型等离子喷涂设备采用了许多新技术，总体性能达到国外二十世纪九十年代水准，代表了目前国产等离子喷涂设备的最高水平。由航天科技集团公司703所研制成功的HT-200 型超音速等离子喷涂设备额定使用功率为200 kW，填补了我国在研制生产大功率等离子喷涂设备方面的空白。目前，在小功率喷涂设备方面，北京航空制造工程研究所（625所）也正在开展层流等离子喷涂设备的研制。 2 等离子喷涂过程测量技术的研究现状 随着等离子喷涂技术的深入发展，对涂层性能和质量实时控制的要求愈加迫切。这就需要不断研究新的测量技术，对等离子喷涂工艺过程进行在线诊断，并对工艺参数与涂层性能之间的关系进行有效的推测。
等离子喷涂粉料研究讲解
山东科技大学 等离子喷涂粉料的研究 课程论文：材料表面工程基础 学院：材料科学与工程学院 专业：无机非金属材料工程13-2 姓名：刘凤军 学号：201301130414 2016年4月12日
等离子喷涂粉料的研究 刘凤军无机非金属材料工程13-2 201301130414 摘要：随着科学技术的不断发展，人们对机器零部件表面性能的要求也越来越高，一股的金属材料和工程合金，在表面的耐磨性，耐腐蚀和耐高温等方面，已远远不能满足要求。等离子喷涂技术和其它喷涂方法(氧己快火馅喷涂、金属电弧喷涂)相比，可以熔化一切难熔金属和非金属粉末，使普通材质的零件表面获得一层具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等各种不同性能的涂层。它可以达到提高机器设备零部件的表面质量、延长使用寿命、修复已损缺的旧件等目的。它还具有喷涂效率高，涂层致密、与基体的拈结强度高、零件热变形影响极小等优点。因此，等离子喷法技术在现代工业和尖端科学技术中得到了广泛的应用． 关键字：等离子喷涂陶瓷粉料氧化铝氧化锆碳化物等 一：等离子喷涂的基本原理及特点 基本原理：等离子喷涂基本原理是将金属（或非金属)粉末通过非转移型等离子弧焰流中加热到熔化或半熔化状态，并随同等离子焰流，以高速喷射并沉积到预先经过处理过的工件表面上，从而形成一种具有特殊性能的涂层。 喷涂特点：1．可以获得各种性能的涂层，2．喷涂后的涂层致密和粘接强度高，3．喷涂后涂层平整、光滑，并可精确控制，4.等离子喷涂能获得含氧化物少，杂质少，很纯洁的涂层，5.喷涂时对工件的热变形影响小，无组织变化，6.喷涂效率高，7.喷涂工艺规范稳定，调节性能好，容易操作。 喷涂缺点：小孔径孔内表面难以喷涂，原因是喷枪尺寸及喷距限制。其次是由于高温、高速等离子焰流产生剧烈噪声、强光辐射、有害气体[如具氧、氮氧化合物等)，金属蒸汽、粉尘、对人体有害，需采取防护措施。 二：喷涂材料的分类及特点 喷涂材料按形状分，可分为线材及粉末两大类；按成分组成分，可分为金属，非金属及复台材料三大类。 金属及其合金线材．一般用于火焰及电弧喷涂。金用及其合金粉末一般用于火焰喷涂及喷熔，等离于喷涂和等离子弧堆焊。陶瓷材料一般为高熔点材料．主要用于等离子喷涂和爆炸喷涂。塑料粉末一般用于火馅及等离子喷涂。复合材料线材可用于火焰及电弧喷涂，粉末则用于火焰、等离子及爆炸喷涂。 喷涂材料应具备的特点： 1．热稳定性好热喷涂材料在喷涂过程中，必须能够耐 高温。即在高温下不改变性能。2．使用性能好根据对工件的要求，由喷涂材料形成的 涂层应满足各种使用要求(如耐磨、耐蚀等)、即喷徐材料也必须具有相应性能。3．湿润性能好湿润性能的优劣关系到涂层与基体的结合强度，涂层自身的致密度。液态流动性好，则得到的徐层也平整。因此，要求喷涂材料具有良好的湿润性。4．固态流动性好(粉末) 为保证送粉的均匀，要求粉末材科具备良好的固态流动性。粉末固态流动性与粉末形状、 湿度、粒度等因素有关。5．热膨胀系数合适若涂层与工件热胀系数相差甚远，则可能导致工件在由涂后冷却过程中引起涂层龟裂。因此，喷涂材料应与工件有相近的热胀系数。
等离子喷涂
等离子喷涂 摘要介绍了等离子体的概念，同时引出了等离子喷涂技术，综述了等离子喷涂的原理，其国内外的研究与发展及其应用等，最后，对等离子喷涂领域中几个重要的发展趋势进行了展望。 关键词：等离子喷涂；等离子体；耐磨涂层 1 等离子体概述 等离子体是指一种电离的气态物质，被称为除了固、液、气三种物质形态以外的第四物质形态，它由具有一定能量密度分布的电子、离子和中性粒子混合而成，其外部电荷为零。等离子体又可分为热等离子体和冷等离子体，热等离子体内部温度可达上万度，而冷等离子体又称为常温等离子体，其温度最低可接近常温。等离子态下的物质具有类似于气态的性质，有良好的流动性和扩散性。等离子体的基本组成粒子是离子和电子，因此它也具有许多区别于气态的性质，如良好的导电性、导热性。等离子体的能量密度高，仅次于激光，温度范围广，它可应用在多种不同的场合完成多种不同的工作。 2 等离子喷涂概述 等离子喷涂是基于等离子体的一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。其主要特点是1、喷涂过程对基体的热影响小,零件无变形，不改变基体金属的热处理性质。2、可供等离子喷涂用的材料非常广泛，可以得到多种性能的喷涂层。3、工艺稳定，涂层质量高。4、涂层平整光滑,可精确控制厚度。2.1 等离子喷涂的发展史 19世纪30年代，英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，等离子体实验研究由此起步。到了1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”名词描述了气体放电管中的电离气体。1928年，美国的I.朗缪尔引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。之后科学家又进一步的进行探索与研究。上世纪五十年代，一些发达国家的军工科研机构开始研究等离子喷涂，由于等离子弧焰温度高、等离于喷涂颗粒飞行速度快，涂层结合强度也较高（40～80MPa），孔隙率小于 5％，在军工部门得到广泛应用，在之后的几年内，等离子喷涂技术逐渐运用到民用产品。 2.2 国内外研究进展 随着绿色制造业的兴起，等离子喷涂技术作为主要的热喷涂技术发挥着日益重要的作用，国内外的厂家也抓住时机，正在进行着新设备的研发。当前国外先进等离子喷涂设备主要向高能、高速、真空方向发展,同时在轴向送粉技术、液体给料、多功能集成技术和实时控制技术等方面也取得了进展。现在已经逐渐走向工业化、相对技术比较成熟的等离子设备主要包括：超音速等离子喷涂、三阴
自动喷涂机器人
卓科工业自动喷涂机器人 喷涂生产线类型 机器人喷涂线、固定喷枪式喷涂线、disk圆盘静电喷涂线、平面往复喷涂线、悬挂积方式喷涂线、静电粉末喷涂线。 喷涂生产线工艺流程 上输送链—预热除湿—静电除尘—底漆—流平—烘干—冷却—下件（非标定制） 喷涂生产线组成结构 人工上下件、自动输送线、手动除尘、预热除湿处理、静电自动除尘、自动喷涂设备、无尘喷涂室、漆雾排除系统、恒温恒湿送风系统、高效均压箱、产品表面流平、烘干隧道炉、自然风冷却系统、中央控制系统、废水废气处理系统等; 喷涂机器人技术特点 1.喷涂精确，正常运行时间长、漆料耗用省、工作节拍短,可24小时不间断工作,可靠性高 2.喷涂速度快，喷涂均匀，依工件变化自动调整喷枪高低、前后、角度位置,喷涂大小控制灵活，360度全方位无死角喷涂。 3.机器人防爆，环保，安全性能高，操作控制简单易学。 4.喷涂机器人可以同时喷涂2--5种不同的产品，一台抵多台。 5.喷涂机器人寿命长，无易损件，保养简单，比五轴喷漆台少了导轨、皮带等易损件； 6.程序可存储400组，可用U盘拷贝程序，管理方便简单； 7.对运动轨迹转角处，可用圆弧过滤功能，在直线末端不用停止，直接圆弧过滤到下一条线，速度没停，提高了效率，也减少了起停冲击。 8.对运动轨迹可任意加喷枪触发器，按产品需要加喷涂位置开关枪，减少涂料浪费。 喷涂生产线适用范围 家电、通讯数码行业：手机：触摸屏、相机镜头、笔记本外壳、音响外壳喇叭、收音机、电视机、鼠标、键盘等； 磁环、陶瓷行业：磁环、地板砖、天花板、陶瓷杯等； 家居、木器家具行业：木板、木尺、木门、床垫、木盒、抽屉、刀架、工艺品等；汽车、车类配件行业：行李架、保险杆、内饰件、碟刹盘、门把手、汽缸垫、导航面板、仪表盘、方向盘、整车、车桥等； 玩具、塑胶外壳行业：圣诞球、装饰品、南瓜灯、玩具等； 体育、办公器材行业：高尔夫球、打印机滚子、球杆、头盔、鞋底、面罩、滑雪器材、滑冰器材、冲浪板、电子琴等； 五金日用品、厨具行业：轴承、锯片、不锈钢板等五金件；电吹风、酒瓶等日常用品；水龙头等卫浴用品；咖啡壶等厨具；灭火器、安全帽等安防产品；体温计、听诊器等医疗器械； 电力行业行业：电力电容、马达、变压器、发电机、电源开关、轴心、电阻片等；阻焊油墨行业：PCB线路板（各种电器的PCB板）；
等离子喷涂实验
等离子体喷涂实验 一、实验目的 等离子喷涂是材料表面工程领域中应用非常广泛的一项技术，通过实验使学生加深对课堂教学内容的理解，培养学生思考问题解决问题和提高实际动手能力。要求学生熟悉和掌握等离子喷涂方法、喷涂工艺流程及喷涂设备的工作原理，使学生熟悉和掌握电弧喷涂的方法及设备的使用。 二、实验内容 正确对喷涂前的金属基材进行处理，用6轴机器人配合变位机控制喷枪运行，观察等离子喷涂过程，分析喷涂参数对等离子喷涂过程及涂层的影响。 三、实验要点 1、喷涂前粉末要进行烘干，一般在100℃以上烘干1小时左右； 2、喷砂时要先打开喷砂机的电源，然后再开压缩空气，喷砂枪与试样表面不小于60度，以免砂粒嵌入试样表面； 3、装粉末和送粉测试时一定要有口罩防护； 4、调试程序时一定不要进入机器手臂的作业半径，以免受伤； 5、等离子喷涂枪点燃前一定要注意操作间大门已经关闭，各项措施到位； 6、等离子喷涂过程中及喷涂完毕后要严格按照控制柜上的操作流程进行，并小心弧光辐射。 四、实验装置 1、空气压缩机系统一套 2、冷却系统（水冷机）一套 3、抽风系统一套 4、Metco 9MB大气等离子喷涂设备（主要包括六轴机器人、喷枪、控制柜、送粉器、配电柜） 一套 5、喷砂机一套 6、喷涂试件若干 五、实验步骤 1、等离子喷涂工艺流程 2、实验流程 1选择实验材料：试验选用粒度为200-325目（44-74 μm）的Al2O3-TiO2粉末； 2确定喷涂参数：根据粉末类型及粒度选择合适的喷涂参数； 3基体表面清洗：用丙酮或酒精清洗基体表面油污； 4基体表面粗化：对基体表面进行喷砂处理；
5粉末进送粉器: 将事先准备好的粉末装进送粉器中； 6调试喷涂程序：将处理好的试样装在夹具上，调试机器人程序，准备喷涂； 7等离子喷涂：先用等离子枪预热基体，然后送粉，喷涂。 8涂层后处理：一般包括精加工、重熔、封孔处理等。 9 涂层性能测试：一般包括结合强度、孔隙率、硬度、抗热震性能、耐磨性等。 六、实验原理 1、等离子喷涂设备的工作原理 等离子弧喷涂是利用非转移等离子弧作为热源，把难熔的金属或非金属粉末材料送入弧中快速熔化，并以极高的速度将其喷散成极细的颗粒撞击到工件表面上，从而形成一很薄的具有特殊性能的涂层。等离子弧喷涂涂层与工件表面的结合基本属于机械结合。当粉末涂层材料被等离子弧焰熔化并从喷枪口喷出以后，在高速气流作用下喷散成雾状细粒，并撞击到工件表面，被撞扁的细粒就嵌塞在已经粗化处理的清洁表面上，然后凝固并与母材结合。随后的颗粒喷射到先喷的颗粒上面，填塞其间隙中而形成完整的喷涂层。 2、等离子喷涂过程中最主要的工艺参数及其影响 主要工艺参数：等离子气体、电弧的功率、供粉、喷涂距离和喷涂角、喷枪与工件的相对运动速度、基体温度控制 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，氮气便宜，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。氩气电离电位较低，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，此外氩气还有很好的保护作用，但氩气的热焓低，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。