高能高速等离子喷涂技术优化方案

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：20世纪90年代初，美国的TAFA公司将“超声速原理”引入等离子喷枪的设计制造中，研制成功高能高速等离子喷涂系统PlazJet。图2-37 PlazJet等离子喷枪结构2.设备组成PlazJet高能高速等离子喷涂系统的设备组成与普通等离子类似，也是由喷枪、整流电源、控制系统、热交换系统、送粉器、水电转接箱六部分构成。

20世纪90年代初，美国的TAFA公司将“超声速原理”引入等离子喷枪的设计制造中，研制成功高能高速等离子喷涂系统PlazJet。与常规大气等离子喷涂相比，PlazJet的电流输出并无太大变化，而是成倍地提高了输出电压，输出功率提高了3～4倍。PlazJet等离子焰流速度高达2000m/s，粒子速度提高了2～3倍。其送粉速率最高可达15kg/h，喷涂效率为普通等离子喷涂效率的3～6倍，同时喷涂沉积效率也大大提高，涂层质量明显改善，氧化物陶瓷涂层性能接近烧结状态。

1.原理

如图2-37所示，大流量的等离子气体在电极头周围沿径向送入，在细长管形喷嘴通道内产生旋流。喷嘴和电极间加以很高的空载电压（DC600V），通过高频引弧装置引燃电弧，电弧在强烈的旋涡气流的作用下，向中心压缩，被引出喷嘴外部，电弧的阳极区落在喷嘴出口面上。在此种条件下，弧柱被拉长到130mm以上，弧电压高达400V，在弧电流为500A的情况下，电弧功率高达200kW。如此长的弧柱和功率，能够对等离子气体充分加热，当极高温度的等离子气体离开喷嘴后就可产生超声速等离子射流。

图2-37 PlazJet等离子喷枪结构

2.设备组成

PlazJet高能高速等离子喷涂系统的设备组成与普通等离子类似，也是由喷枪、整流电源、控制系统、热交换系统、送粉器、水电转接箱六部分构成。与普通等离子喷涂系统相比较特点如下：

1）喷枪结构有较大变化，喷嘴阳极呈细长管形。

2）由于喷枪正常使用功率为200kW，要求热交换系统制冷量为70kW。

3）流量计耐压可达1.2MPa，流量范围为30～400L/min。

4）空载电压为DC600V。

3.涂层和工艺特点

PlazJet高能高速等离子喷涂系统与普通大气等离子喷涂相比，有以下特点：

1）等离子射流集中、焰流长。喷嘴孔道压缩比高，弧柱所受机械压缩强度大，使得等离子射流集中，能量密度高，喷嘴外射流长度是普通等离子的3～4倍。

2）喷涂粉末加热时间长，熔粒速度高，喷涂速率高。由于喷嘴外等离子射流的长度可达130mm以上，粉末在焰流中停留的时间相对较长，熔粒的飞行速度是普通等离子的2～3倍，可大幅度提高送粉量，使喷涂速率提高4～8倍。

3）等离子射流功率大，温度高，适合喷涂高熔点的金属氧化物涂层。正常使用功率为200kW，焰流温度达7000℃，焰流长度达130mm，可使高熔点粉末粒子在获得高速度的同时得到充分的加热而呈熔化或半熔化状态。

4）涂层结合强度高，孔隙率低，硬度高。

4.主要工艺参数

有研究结果表明，喷嘴孔径和喷涂距离是影响涂层性能的两个重要工艺参数。

（1）喷嘴孔径的影响 PlazJet高能高速等离子喷涂系统配有三种型号的喷嘴，其详细参数见表2-9，可根据不同的涂层材料可选择不同型号的喷嘴。喷涂Cr₂O₃时，等离子焰流比普通等离子枪的长4～6倍。

（2）喷涂距离的影响 PlazJet喷涂系统粒子速度的测试结果表明，粉末粒子在距离喷嘴出口160～180mm左右时，速度达到最高。而PlazJet的射流长度一般为130～150mm，为避免等离子焰流对喷涂工件的传热，正常的喷涂距离应大于180mm。

表2-9 PlazJet喷涂系统喷嘴详细参数

高能高速等离子喷涂技术优化方案

相关推荐