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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。
低温等离子喷涂技术提高附着力低温等离子喷涂技术（Low Temperature Plasma Spraying, LTPSS）是一种先进的表面处理技术，它通过将材料加热到等离子状态并喷涂到基材上，以形成具有优异性能的涂层。
这种技术因其在提高附着力方面的显著效果而受到广泛关注。
以下是关于低温等离子喷涂技术提高附着力的详细论述。
一、低温等离子喷涂技术概述低温等离子喷涂技术是一种利用低温等离子体作为热源，将粉末或线材材料熔化并加速到基材表面，形成涂层的过程。
与传统的热喷涂技术相比，LTPSS具有较低的热输入，这有助于减少基材的热影响区域，保持基材的原始性能，同时提高涂层的附着力和整体性能。
1.1 低温等离子喷涂技术的原理LTPSS技术的核心原理是利用等离子体的高温和高速特性，将材料加热至熔融或半熔融状态，并以高速喷射到基材上。
等离子体是一种部分电离的气体，具有高能量和高焓值，能够高效地传递热量，使材料迅速熔化并形成涂层。
1.2 低温等离子喷涂技术的特点LTPSS技术具有以下特点：- 低热输入：与传统的热喷涂技术相比，LTPSS的热输入较低，有助于保护基材不受热损伤。
- 高附着力：由于等离子体的高速喷射作用，涂层与基材之间的界面结合力得到显著增强。
- 优异的涂层性能：LTPSS技术能够制备出具有良好耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性的涂层。
- 广泛的材料适应性：LTPSS技术适用于多种材料的喷涂，包括金属、陶瓷、复合材料等。
二、低温等离子喷涂技术提高附着力的机制低温等离子喷涂技术提高附着力的机制主要包括以下几个方面：2.1 界面结合力的增强LTPSS技术通过高速喷射作用，使涂层材料与基材表面产生强烈的物理和化学作用，形成牢固的界面结合。
这种结合力的增强，主要得益于以下几个因素：- 表面清洁：等离子体的高温可以去除基材表面的氧化层和污染物，提供清洁的表面，有利于涂层与基材的结合。
- 表面活化：等离子体中的活性粒子可以激活基材表面，促进涂层与基材之间的化学键合。
等离子喷涂涂层技术的工业应用前景等离子喷涂涂层技术作为材料表面处理的一种先进方法，近年来在众多工业领域展现了其独特的价值与广泛的应用潜力。
这项技术利用高速等离子射流将涂层材料熔化并加速沉积到基体表面，形成高性能的涂层层，从而显著改善基材的耐磨性、耐腐蚀性、热障性能及电气性能等。
以下六个方面深入探讨了等离子喷涂涂层技术在工业应用中的前景。
一、制造业的高端装备强化在精密机械、航空航天及汽车制造等领域，零部件的耐磨损和耐高温性能是决定产品寿命的关键因素。
等离子喷涂技术可为发动机叶片、涡轮机部件、模具等提供高性能的陶瓷或金属陶瓷涂层，有效延长使用寿命，减少维护成本，提升整体系统效能。
随着制造业向高精尖方向发展，对等离子喷涂技术的需求将持续增长。
二、能源行业的防腐与热障解决方案能源设施，尤其是石油、天然气管道及发电站设备，长期暴露在极端环境中，易受腐蚀与高温影响。
等离子喷涂能生成致密、均匀的防护涂层，如氧化物陶瓷涂层，显著提高设备的抗腐蚀和耐热能力，减少因腐蚀导致的事故风险，保证能源供应的安全稳定。
三、医疗器械的生物相容性提升医疗行业中，植入物和手术器械的生物相容性及耐用性至关重要。
等离子喷涂技术可应用于钛合金、钴铬合金等基材，制备出具有优异生物活性的羟基磷灰石涂层，促进骨骼与植入物的整合，减少排异反应，同时提高器械的耐磨耐蚀性能，为患者提供更为安全有效的治疗方案。
四、电子元器件的绝缘与导电层优化在微电子和半导体制造中，等离子喷涂技术用于制备精细的绝缘层或导电层，如在印刷电路板上沉积防焊层、在传感器上形成敏感膜层等。
这不仅提高了电子产品的可靠性和集成度，还促进了新技术如柔性电子、可穿戴设备的发展，为信息技术进步注入强大动力。
五、环境保护与修复技术的进步等离子喷涂技术在环境保护领域的应用日益凸显，如水处理设备中的防腐涂层、废气处理设施的耐高温耐腐蚀涂层等。
此外，针对老旧基础设施的修复，如桥梁、输油管道外表面的等离子喷涂修复技术，可以有效延长使用寿命，减少重建成本，符合循环经济和可持续发展的理念。
焊接中的等离子喷涂焊技术等离子喷涂焊技术在焊接工业中已经被广泛使用，该技术凭借其高效、高质和低成本的特点受到越来越多生产工艺先进、焊接工艺复杂的领域的重视。
本文将从等离子喷涂焊技术的实质、适用范围、优缺点与应用前景几个方面进行论述。
一、等离子喷涂焊技术的实质等离子喷涂焊技术是一种将喷涂技术和焊接技术相结合的新型加工方式。
因为等离子喷涂涂层的物理和化学特性，能够在涂层表面形成一定的结构和化学成份，这意味着在涂层表面形成一定结构以后，等离子朝向涂层、与涂层的化学成份会被改变；在涂层与基础材料的结合面形成巨大的热梯度，在高温度下能够促进结合，最终涂层与基础材料之间得以非常牢固地结合。
等离子喷涂焊技术的实质可归纳为：一方面，等离子喷涂技术受喷涂颗粒的特性影响，如粒径、结构、形状等等，是将合适的各种粉末涂料通过各种压力、气流、导体、电弧等瞬间喷涂到需要加工的部位以形成目标涂层；另一方面，则是通过等离子泄漏作用对焊接部位结合表面进行预处理，即在基础金属材料和涂层之间提高结合能力，从而提高焊接部分的强度和硬度。
二、等离子喷涂焊技术的适用范围等离子喷涂焊技术适用于各种金属材料（包括低碳钢、不锈钢、高温合金、镍基合金、铝合金、钛合金等），且无论是金属之间、金属与陶瓷、复合材料之间都能实现焊接；该焊接方式还适用于各种加工工件，包括等离子喷涂后焊接、涂层与材料间的热处理、切割和预加工等等。
三、等离子喷涂焊技术的优缺点1. 优点：（1）等离子喷涂是一种非接触式的加工方式，不会带来加工表面的变形、拉动和拉伸等等，因此适用于各种加工表面形状的加工；（2）等离子喷涂焊接技术能够满足高速焊接的要求，它能够基本保持焊接部分的形状、大小和几何无变形；（3）等离子喷涂焊接过程比传统焊接工艺更为稳定和高效，能够有效提高生产效率；（4）等离子喷涂技术喷涂过程中不会产生削减或磨损等现象；（5）等离子喷涂焊接技术制作的工件表面硬度高，具有很好的抗磨损性。
钛合金材料的等离子喷涂工艺研究钛合金是一种优良的材料，因其具有低密度、高强度、耐腐蚀、良好的高温性能和生物相容性等优点而被广泛应用于航空航天、生物医学、化工和汽车等领域。
然而，钛合金表面的耐磨损、耐腐蚀和抗氧化性能等方面仍存在问题，为了解决这些问题，使用等离子喷涂工艺对钛合金进行表面处理，已成为一种有效的方法。
一、等离子喷涂工艺的基础原理等离子喷涂工艺是一种非常有效的表面处理方法，它的基础原理是利用高温、高压气体，将金属或金属化合物材料，通过等离子体反应喷涂到基体表面上，形成一层有机化合物。
等离子喷涂工艺主要有两种方法，一种是直接喷涂法，另一种是离子束喷涂法。
直接喷涂法主要是使用高温、高压气体将金属粉末喷涂到基体表面上，然后用火焰热源进行热处理，使其形成一层金属涂层。
离子束喷涂法则是利用离子束高能量作用在金属或合金纳米粒子表面，在离子束轰击下形成的等离子体反应，将金属和非金属元素以一定的比例合成成一层硬质涂层。
二、钛合金等离子喷涂工艺的应用钛合金是一种重要的结构材料，在高温和腐蚀条件下，其材料表面往往会出现一些问题，比如磨损、腐蚀等。
为了增加钛合金的抗磨损、抗腐蚀和抗氧化性能，利用等离子喷涂工艺进行表面处理是一种非常有效的方法。
例如，在飞机发动机的涡轮叶片表面进行等离子喷涂处理，可提高其表面抗氧化性能和耐高温性能。
钛合金的生物相容性也被广泛应用于医疗领域，等离子喷涂工艺可以改善其生物相容性，提高其生体组织接受程度。
除此之外，钛合金的应用也涉及到汽车、航空、化工等领域。
等离子喷涂工艺可在汽车发动机缸体上形成一层热障涂层，可提高其表面抗氧化性能和耐高温性能。
在航空领域，等离子喷涂工艺也可使用在涡轮叶片、涡轮盘和整流器表面等部位，以提高其抗腐蚀性能和降低磨损程度，延长使用寿命。
三、等离子喷涂工艺存在的问题及发展方向虽然等离子喷涂工艺已被广泛应用于钛合金材料的表面处理，但在使用过程中，还存在一些问题需要解决。
表面等离子喷涂1. 概述表面等离子喷涂是一种常用的表面处理技术，通过使用等离子体生成的高能粒子对物体表面进行涂覆，以改善其性能和外观。
本文将介绍表面等离子喷涂的原理、应用领域以及未来发展方向。
2. 原理表面等离子喷涂的基本原理是利用等离子体产生的高能粒子对物体表面进行喷射。
这些高能粒子可以是离子、电子或中性气体分子。
在喷射过程中，这些高能粒子与物体表面发生碰撞并附着，形成一层均匀、致密的涂层。
3. 工艺流程表面等离子喷涂的工艺流程包括以下几个步骤：3.1 前处理在进行表面等离子喷涂之前，需要对待处理物体进行前处理。
这包括清洗、除油、除锈等步骤，以确保物体表面干净，并且没有杂质和污染物。
3.2 等离子生成通过加入适当气体，如氩气、氮气等，在真空或大气环境下产生等离子体。
等离子体可以通过射频放电、直流放电或微波放电等方式生成。
3.3 等离子喷涂在形成稳定的等离子体后，将待处理物体放置在喷涂室中，并通过控制喷涂参数，如喷涂距离、喷涂速度、喷涂角度等，将高能粒子喷射到物体表面。
高能粒子与物体表面发生碰撞并附着，形成一层均匀、致密的涂层。
3.4 后处理完成等离子喷涂后，需要进行后处理。
这包括退火、固化等步骤，以提高涂层的结晶度和附着力。
4. 应用领域表面等离子喷涂技术在许多领域都有广泛应用。
以下是一些常见的应用领域：4.1 汽车工业在汽车工业中，表面等离子喷涂技术可用于制造汽车零部件的保护性和装饰性涂层。
例如，在发动机部件上使用陶瓷涂层可以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
4.2 航空航天工业在航空航天工业中，表面等离子喷涂技术可用于制造飞机发动机叶片、涡轮等部件的高温涂层。
这些涂层可以提高零部件的抗氧化性能和耐高温性能。
4.3 电子工业在电子工业中，表面等离子喷涂技术可用于制造半导体器件、显示屏等的保护性涂层。
这些涂层可以提高器件的稳定性和寿命。
4.4 医疗器械在医疗器械领域，表面等离子喷涂技术可用于制造人工关节、牙科种植体等的生物相容性涂层。
等离子喷涂的常见工艺问题及展望
摘要:本文介绍了等离子喷涂设备的含义及其适用范围,并对等离子喷涂的几个工艺问题进行了着重分析,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:等离子喷涂测量技术应用发展
等离子喷涂是一种多用途的精密喷涂方法。
由于以电弧等离子体为热电源,故能量集中,喷涂温度高达16600 °C(通常使用温度约6000～11000 °C),但传递给基体材料的热量却不多。
几乎任何一种材料都能采用等离子喷涂。
目前有多达150种以上的如金属、陶瓷、塑料、等等都可采用等离子喷涂技术。
等离子喷涂的热源能量水平较高,热能传递到粉末粒子时周围气氛的温度降低很少,因而能使粉末粒子获得有效的加热。
此外,由于粉末粒子在等离子“火焰”中的加热时间可以控制,不仅难熔材料能获得有效的加热,某些热稳定性差的材料也能免于氧化和烧损。
等离子喷涂还具有喷射速度高、涂层致密、孔隙率低、粘结强度高等优点。
因此,近几十年来,其技术进步和生产应用发展很快,已成为热喷涂技术的最重要组成部分。
本文着重就近年来等离子喷涂技术的几个工艺问题的研究现状与发展概况进行深入探讨。
1 等离子喷涂技术的特点
等离子喷涂是利用等离子火焰来加热融化喷涂粉末使之形成涂层。
等离子喷涂工作气体常用Ar或,在加入5%～10%的,气体进入电
极腔的弧状区后,被电弧加热离解形成等离子体,其中心温度高达15000 K以上,并高速喷打在经过粗化的洁净零件表面产生塑性变形,粘附在零件表面。
各熔滴之间依靠塑性变形而相互钩接,从而获得结合良好的层状致密涂层。
由于等离子喷涂火焰温度和速度极高,几乎可以熔化并喷涂任何材料,形成的涂层结合强度较高,孔隙率低且喷涂效率高、使用范围广等很多优点,故在航空、冶金、机械、机车车辆等部门得到广泛的应用,在热喷涂技术中等离子喷涂占据着重要的地位。
2 等离子喷涂的应用的几个工艺问题
2.1 温度控制
2.1.1 预热
与氧—乙炔火焰喷涂一样,在等离子喷涂前对工件进行适当的预热,是提高涂层结合强度的一个有效措施。
但是,为了防止工件表面受热氧化,一般情况下,预热温度100～150 °C,最高不超过250 °C。
2.1.2 喷涂过程中工件及涂层的温升控制
在等离子喷涂过程中,必须控制工件或涂层的温度。
其原因在于控制涂层应力,防止工件变形,减少涂层和工件氧化等。
对于较大的或导热条件好的工件,可用快速移动喷枪或工件的方法,防止产生局部过热点,就能解决过热问题。
用吹风进行辅助冷却也是一种控制工件和涂层温升的常用方法。
冷却气流应针对工件上喷涂点附近的不喷涂部位,应当强调指出的是,冷却气流的介质对涂层和工件不应产生有害的影响,而且保证清洁干燥、无油。
否则,它会玷污工件或涂层,影响结合强度和涂层质量。
另一种控制工件和涂层温升的方法是“间歇喷涂”,即进行短时间的喷涂,待工件散热冷却到安全温度后再喷涂,这样交替地喷、停,也能控制工件和涂层的过热,达到控制应力,不至于破坏涂层结合的目的。
2.2 内径表面的喷涂
在工件外径表面上喷涂,涂层中的自然收缩应力有利于涂层与基体的结合。
在工件内径表面上喷涂,涂层中的收缩应力对涂层基体的结合是不利的。
在喷涂较薄的内径表面涂层时,不会产生特殊的问题。
然而,涂层较厚时,特别是喷涂具有高收缩的材料时,则会严重影响涂层与基体的结合。
除了因收缩而可能产生不利于涂层与基体的结合之外,内径表面喷涂还存在着过热和灰尘污染问题。
在喷涂内径表面时,一般全部热量集中在一个较小的面积上,而外加冷却的可能性又常常受到限制。
尤其是喷涂陶瓷热障材料时,过热问题就特别严重。
因此,必须采用辅助通风。
喷涂的孔如果两端是敞开的,空气可通过两端通孔进行冷却,
并能清除喷涂中产生的灰尘。
当喷涂盲孔时,不仅需要散热,而且还要除尘。
因此,常常需要用辅助通风管伸到盲孔里,从孔底供给新鲜空气,使喷涂表面得以适当的通风。
在喷涂内径表面时,要适当地提高工件的预热温度,使基体结构产生预膨胀,以弥补涂层冷却时的收缩,提高涂层与基体的结合强度。
在操作时采用快速多次扫过的喷涂法,既可以在表面未严重污染之前把基体盖住,又可以避免产生热点。
2.3 阶梯涂层
阶梯涂层是由许多薄层(0.05～0.1 mm)组成的,或者是在整个喷涂过程中,连续改变混合涂层材料中两种成分的比例。
为了达到喷涂连续阶梯涂层的目的,采用双送粉器和双送粉口喷嘴的等离子喷枪,可以喷涂出连续改变粉末成分比例的涂层,没个送粉器有单独的送粉速度控制装置,因此，两种成分的比例在喷涂过程中可以连续地改变。
2.4 低压等离子喷涂
在大气中,等离子喷涂用的火焰是紊流。
焰流一离开喷嘴就从周
围吸入大量空气。
距离喷嘴越远,吸入空气越多。
通常在100 mm喷距时,吸入空气量可占等离子体的90%这样就使得喷涂材料氧化。
为防止工件基体的氧化,解决一些有毒材料(如铍及氧化铍)不能再大气下喷涂的问题,所以,目前一些工业发达国家正发展低压等离子喷涂工艺和设备,我国也已开始研究这种喷涂工艺和设备。
低压等离子喷涂就是在低真空下进行等离子喷涂,它具有下列优点:(1)涂层均匀、致密,抗腐蚀性好,纯度高;(2)涂层沉积率高,喷涂室真空度为40～50托时,沉积率为3～4 kg/时;(3)涂层结合强度高;(4)操作环境噪声低,无粉尘。
3 等离子喷涂技术的发展趋势与展望
3.1 等离子喷涂技术的发展趋势
等离子喷涂技术作为一种先进的工业技术,在近代工业中地位越来越重要,应用范围也在随着高新技术的发展而不断扩展,但仍存在许多问题需要解决,有以下几方面的发展趋势或方向。
(1)研制全方位微电脑控制的高能、高速、高焓的新型等离子喷涂设备。
深入研究探索新的诊断技术,利用现代测试技术,探索应用神经网络和模糊控制策略,实现等离子喷涂过程的智能控制,完善喷涂过程的实时诊断。
(2)合理选择喷涂工艺,优化工艺参数,改善粉末受热和熔化状态,减少环境对高温粒子的污染和氧化,从而形成性能优异的涂层。
利用激光、超声波等现代技术,研究并应用复合工艺,使涂层结构更趋完善。
(3)进一步研究涂层的形成机理、孔隙形成机理,寻求消除或减少孔隙率的方法,以及研究涂层与基体的结合机理等,提高涂层结合强度。
(4)等离子弧或等离子火焰产生时,发出强烈的噪声损伤操作人员听觉器官,并辐射出红外、紫外线等,对人眼、皮肤伤害极大。
因此,需研究开发出能有效防止光辐射、高噪音、有害衍生气体、粉尘及有害物质的新型等离子喷涂机,从而从根本上改善工作环境。
3.2 等离子喷涂技术的展望
等离子喷涂在传统的耐磨、耐热、抗氧化腐蚀方面已经有了广泛的应用,近年来正试图在生物、超导和复合材料等高科技领域发挥特长,而且取得了一定的应用。
在喷涂工艺设备方面,发展了超音速等离子喷涂、三阴极等离子喷枪等,提高了喷涂粒子的熔化程度、速度;应用低压等离子喷涂和用液料的等离子喷涂等,可以控制涂层的相结构和晶粒尺寸;而微弧等离子喷涂使等离子喷涂设备向小型化发展。
等离子喷涂参数多达几十种,而且很多参数之间相互影响,如何对喷涂工艺的控制实现智能化,并对喷涂过程实施在线反馈控制做出及时调整是一个有待深入解决的问题。
另外由于等离子涂层硬度较高,
所以必须提高涂层的厚度控制技术,使之近终形成型,尽量减少涂层的精加工过程。
随着等离子喷涂技术,设备和工艺的不断改进和完善,进一步提高效率降低成本,并与其他的表面技术复合来扬长避短,这项技术将会有更加广阔的推广使用前景。
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