单/多电极喷枪：大气等离子喷涂的新趋势

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：SinplexPro 型等离子喷枪是Oerlikon Metco公司近几年推出的单电极等离子喷枪，如图2-41所示。图2-40 100HE喷枪工作状态图2-41 SinplexPro单电极等离子喷枪1—起弧点 2—弧流附着点 3—电绝缘 4—约束的弧流2）多电极等离子喷枪。图2-43 TriplexPro三阴极等离子喷枪3.工艺技术特点级联式单电极和多电极等离子喷涂的技术优势如下：1）等离子弧焰稳定，电压振幅小。2）能够实现高电压、低电流、大功率等离子喷涂。

等离子喷涂设备的特点往往体现在等离子喷枪上，近20余年中传统大气等离子喷涂喷枪主要以Oerlikon Metco公司的9MB和F4，Praxair公司的SG-100，GTV公司的F6等为代表，这几种喷枪在使用过程中存在以下几点不足：

1）等离子弧欠稳定。喷枪电流、电压波动较大，使喷涂材料受热不均匀，造成涂层质量不稳定。

2）喷枪喷嘴、电极热负荷大，易烧损，寿命低，难以制备高纯净涂层。

3）粉末沉积率低，生产率低，生产成本高。

针对上述问题的有效解决办法是通过喷枪结构的变化，限制和稳定等离子弧，从而达到提高电压减小电极承受电流负荷的目的。

1.原理

图2-38所示为传统等离子喷枪与级联式等离子喷枪结构，传统喷枪等离子弧根自由跳动，弧长忽长忽短，使得弧电压波动大，导致弧焰中被喷涂粒子受热不均匀；而级联式阳极结构限制了弧根的自由运动，弧电压的波动明显减小，且弧长增长使得弧电压增大，喷涂粒子受热均匀。

图2-38 传统等离子喷枪与级联式等离子喷枪结构

a）传统等离子喷枪 b）级联式等离子喷枪

图2-39 100HE等离子喷枪结构

级联式结构喷枪能够获得高电压、低电流、弧焰稳定的等离子弧，在此基础上开发出的三阴极等离子喷枪降低了每一电极的电负荷，喷枪的总功率可以进一步提高，从而获得高能、高速、高稳定型的等离子弧。

2.几种商用等离子喷枪

1）单电极等离子喷枪。美国Progressive Technologies公司的100HE喷枪是最早推出的商用型级联式单电极等离子喷枪，图2-39所示为100HE等离子喷枪的结构，图2-40所示为100HE喷枪工作状态。采用单阴极，阳极底部串联了3个绝缘环，头部为导电段。这种结构相对固定了等离子弧根的运动，拉长了弧长（弧长达75mm，而F4喷枪弧长大约20mm），使得喷枪可稳定工作在高电压、低电流状态。100HE喷枪可使用三元混合等离子气体：Ar+N₂+H₂或Ar+N₂+He。三元混合等离子体配以高弧电压，使得100HE喷枪产生具有超高焓值和高热导率的加长等离子弧焰。

SinplexPro 型等离子喷枪是Oerlikon Metco公司近几年推出的单电极等离子喷枪，如图2-41所示。该喷枪同样具有级联式等离子喷枪的技术特点，即弧电压增大、弧焰焓值和热导率高、弧电压的振幅明显减小。

图2-40 100HE喷枪工作状态

图2-41 SinplexPro单电极等离子喷枪

1—起弧点 2—弧流附着点 3—电绝缘 4—约束的弧流

2）多电极等离子喷枪。图2-42所示的ArialⅢ等离子喷枪是加拿大Northwest Mettech公司于1994年推出的，采用的是三阴极、三阳极设计，同时使用集束器将三束等离子焰流汇聚成一束喷出，实现了真正意义上的轴向送粉，工作时使用高电压（100～200V）、低电流（75～250A），使得喷嘴和电极寿命大大延长。