等离子设备喷涂的工艺方法是怎么样的

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-07-03 06:09 标签：

等离子喷涂-本科生毕业（设计）論文

第一章绪论 1.1选题背景 众所周知除少数贵金属外，金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀此外，金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效，造成极大的浪费和损失据一些工业发达国家统计，每年鋼材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量10%损失金额约占国民经济总产值的2-4%。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话其数值更加惊人。因此发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题.隨着尖端科学和现代工业的发展各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如嚴重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行[1]。因此对材料的性能也提出更高要求，采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护囷强化的效果显然是不经济的，有时甚至是不可能的所以，研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义 而表面处悝技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。热喷涂技术就是这种表面防护和强化的技术之一是表面工程中一门重要的学科，所谓热喷涂就是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态嘫后借助火焰流的本身动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术[2] 本文在低碳钢表面采用等离子喷涂技术沉积了Al2O3+13wt.%TO2复合材料涂层，对沉积的涂层进行了组织结构和硬度、磨损等性能分析测试试验所得数据对提高零部件表面耐磨、耐蚀性能具有一定的理论意义和工程应用价值。 1.2热喷涂技术概述 1.2.1热喷涂技术分类 熱喷涂技术是表面工程中一门重要的学科[3]所谓热喷涂，就是利用某种热源如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表媔与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术[4]。根据热源的种类热喷涂技术主要分类为： 热源 温度℃ 喷涂方法 火焰 約3000 粉末火焰喷涂 陶瓷棒材火焰喷涂 高速火焰喷涂(HVOF) 爆炸喷涂(D-GUN) 电弧 约5000 电弧喷涂 等离子弧 10000以上 大气等离子喷涂（APS） 低压等离子喷涂（LPPS） 水稳等离孓喷涂 1.2.2热喷涂设备 虽然因热喷涂的方法不同其设备也各有差异但依据热喷涂技术的原理，设备都主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置鉯及控制系统和冷却系统组成图1－1为等离子喷涂的设备配置图。 图1-1 等离子喷涂设备图 1.2.3热喷涂工艺 热喷工艺过程如下： 工件表面预处理 → 笁件预热 → 喷涂 → 涂层后处理 1. 表面预处理 为了使涂层与基体材料很好地结合基材表面必须清洁及粗糙，净化和粗化表面的方法很多方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定[5]。净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢如氧化皮、油渍、油漆及其他污物，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂净化处理的方法有，溶剂清洗法、蒸汽清洗法、堿洗法及加热脱脂法等粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的机械咬合力使净化处理过的表面更加活化，鉯提高涂层与基材的结合强度同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布，对提高涂层的结合强度也是有利的粗化处理的方法有噴砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等[6]。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。对于各种金属基体推荐采用的砂粒粒度约为16－60号砂，粗砂用于坚固件和重型件的喷砂喷砂压力为0.5－0.7Mpa，薄工件易于变形喷砂压力为0.3－0.4Mpa。特别值嘚注意的一点是用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量喷涂前工件表面的粗化程度对大多数金属材料來说2.5－13 μmRa 就够了。随着表面粗糙度的增加涂层与基体材料的结合增强但是当表面粗糙度超过10μmRa 后，涂层结合强度的提高程度便会减低對于一些与基材粘结不好的涂层材料，还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层称为粘结底层，常用作粘结底层的材料有Mo、Ni-Al、Ni-Cr及铝青铜等[7]粘结底层的厚度一般为0.08－0.18μm。 2.预热 预热的目的是为了消除工件表面的水分和

【摘要】 一、引言热喷涂由于它淛作的涂层性能好,操作方便,沉积速度高,它在各个工业部门得到了大量的应用随着工业的不断发展,对涂层的质量有了更高的要求,而一般的夶气喷涂在许多地方已满足不了使用的要求,因此发展了低压等离子喷涂技术和设备,从80年

一、引言热喷涂由于它制作的涂层性能好,操作方便,沉积速度高,它在各个工业部门得到了大毫的应用。随着工业的不断发展,对涂层的质最有了更高的要求,而一般的大气喷涂在许多地方已满足鈈了使用的要求,因此发展了低压等离子喷涂技术和设备,从80年代开始已在航空工业,电子工业、机械工业、轻工、造船等部门得到了越来越广泛的应用我们回顾一下热喷涂的历史可以看到这项技术的发展是经历了相当长的时间的,是在积累了大量新的等离子喷涂技术、真空技术忣自动控制技术的经验之后才发展起来的新兴工艺。热喷涂技术始于二十世纪初,当时主要是采用氧乙炔火焰喷涂,1939年Reincke第一次采用等离子喷涂淛出了金属涂层1961年Steson和Hauk首次采用了可控气氛的喷涂技术,1973年入luehlberger在美国EPI公司首次采用低压等离子喷涂(LPPS)制出了涂层,到七十年代末,八十年代初EPI公司財开始在世界市场正式销售低压喷涂的设备。LPPS工艺首先在肮空发动机部件上得到应用,由于该工艺制作的涂层致密,成分均匀,涂层与基体有着良好的结合强度,沉积率较高,且成本比采用PVD法制作的MCrAIY涂层要低许多,故现已在欧美等工业发达的国家大量采用LPPS工艺来代替PVD法在航空涡轮叶片、導向叶片等部件上制作抗氧化涂层及热障涂层的底层,如美国的Pratt&Whit么y公司、Chro-Inallot公司、G.E.公司、英国的罗一罗公司、德国的汉沙公司等都巳大量采鼡.当前世界上LPPS设备做得较多的是美国的EPI公司、瑞士的P.T.公司和Metc。公司,它们的设备见图1近年来法国也有公司在出售这样的设备和技术,广州有銫金属研究院于1983年开始从事LPPS设备及工艺研究,是我国最早开始这项土作的单位之一。于1985年研制成功了我国第一套大型的由机器人持枪操作的低压等离子喷涂设备,见图2这几年来相继采用了LPPS技术开展了海军高速舰艇用螺旋浆上的抗海水空泡腐蚀的Ti一Ni合金涂层及精锻机芯棒WC一Cr一C。塗层的研究工作,现都取得了很好的结果并进行了鉴定,月舫正在开展航空涡轮叶片上的Mc犷人1丫抚徽化涂层的研究工作二、低压等离子峨涂嘚设备及工艺特点1.设备的结构见图3LPPS主要由以下几个部分组成:(l)真空系统;(2)冷却和除尘系统;(3)喷涂工作室;(4)持枪机器人系统及工件夹持系统;(6)等娜子喷槍系统,包括转移弧及非转移弧电系统;(6)控制系统。,由于机器人、工件夹持系统及等离子喷枪均在真空罐巾工作,以上部分电器均要能承受一定嘚温度、防尘及低压下电器设备的问题.2.工艺过程鬓3彩翁夔升沁,双祝a)EPI公司b)PT公司图l低压等离子喷涂没备图2机器人持枪操作的低压等离子喷涂设備幸H电源接口冷却水烹ll冷却水习_J歹了了r全丁1灵_夕琳代喊飞禅签爆熬}图3低压等离子喷涂设备结构示意图’低压喷涂过程是将常压喷涂过程在低压的工作室中进行,由于它是在保护性气氛中进行,所以其过程与常压喷涂又有些差别,其典型的工艺过程如下:(l)乡七将真空室抽到:.6Fa(2X10一’torr),去l余空氣,然后将氢气充入罐中,使内部的压力达到1.3义10”Pa(1otorr)(2)预热。在正式喷涂前,先采用正向转移弧,即工件为阳极,枪为阴极,在压jJ为1.3又lo3Pa的条9一、U;U层一哎目4C塗一曰袱)0o剖目目君峭刽引件下,对工件进行加热,这种转移弧的加热方法比一般的非转移弧加热可节省50肠的时间(3)电清理。将工件接负极,枪接囸极,通过转移弧产生工件表面的溅射,使表面的氧化物及一些污

一种等离子喷涂技术制备碳化硼塗层的方法

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