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等离子喷涂的参数与喷涂间距

发布时间:2020.05.23    点击数: 6897
等离子喷涂的参数首要有工作气体的成分和流量、电参数、送粉量、喷涂间距和喷涂方向、喷枪和产品工件的相应移动速度等。
 
1.等离子喷涂参数之气参数(流量)
 
主气的流量是重要的工艺参数的一种,它直接干扰到等离子焰流的热焓和速度,继而干扰喷涂效率和涂层孔隙率等。当喷涂功率相应时,主气流过量或过小均会导致喷涂效率的降低和涂层孔隙率的提升(热喷涂与再制造)。气流过量,离子浓度降低,过量的气体会冷却等离子的焰流,有损粉末的加热,粉末熔化不充足,使喷涂效率降低,涂层组织疏松,孔隙率提升;相反主气流量过小,会使焰流软弱无力,次级气在工作气体中的相应含量提升,造成射流热焓和温度的增强,使喷涂粉末过熔。
 
次级气的流量变化首要反映在喷涂电压的变化上。
 
送粉气的压力和流量对涂层品质的干扰也非常大。对外送粉喷枪而言,送粉气对涂层品质的干扰特别比较严重。如图所示,送粉气压力和流量过小会使粉末很难做到焰流中心,过大则会使粉末穿过射流中心,造成比较严重的“边界效应”,导致涂层疏松,相结合强度降低。
 
针对内送粉喷枪而言,送粉气压力和流量过大相同不能把粉末送入焰心,若过小,则易造成堵塞喷嘴,比较严重时则会烧坏喷嘴(热喷涂与再制造)。若要非常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按照送粉量的大小、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择。
 
2.等离子喷涂参数之电参数
 
(1)功率
 
输入功率大小首先要满足能够将粉末熔化较好。产生涂层的粉末所需的热功率应是:
 
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。
 
按照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
 
通常情况下,选用较高的功率值比较好。通常情况下等离子喷涂较常用的功率为20~35kW,而HEPJet高效能超音速等离子喷涂较常用的功率为45~65kW。
 
3.等离子喷涂参数之喷涂间距
 
喷涂间距是指喷嘴端面到基体表层的直线距离。粉末在等离子焰流中加热和加速都需用过段时间,所以应该有一个适合的喷涂间距,喷涂间距过近,会因粉末加热时间短,撞击变形不充足而干扰涂层品质,还会使零件受等离子焰流的干扰而温度升高快、出现比较严重氧化,造成涂层脱落(热喷涂与再制造)。喷涂间距过远又会使已经加热到熔融状态的粉末在与零件接触时冷了下去,飞行速度也逐渐降低,相同干扰涂层品质,喷涂效率会明显降低。等离子喷涂的喷涂通常为70-150mm。
 
4.等离子喷涂参数之送粉速率
 
送粉速率指单位时间的送粉量,它直接干扰到喷涂效率和涂层品质。送粉量应当与热源参数相匹配。针对同种牌号同种粒度的粉末,在不一样的送粉量下,应当施加不一样的输入功率。当送粉量一致时,假如热源功率参数过小,则粉末熔化不良,涂层中夹杂的生粉多,粉末撞击产品工件时变形不充足,并有较多的粉末弹跳损失,沉积效率低,涂层品质降低。相反若热源功率参数过大,虽然粉末的熔化和撞击变形较好,但粉末受热氧化烧蚀比较严重,涂层中夹着较多的烟尘,熔化粒子飞溅比较严重,相同会使沉积效率降低,涂层品质降低(热喷涂与再制造)。所以,针对相应牌号相应粒度组成的粉末,送粉量的大小和热源参数要相适应。
 
5.等离子喷涂参数之喷涂方向
 
喷涂方向指的是喷涂射流轴线与基体表层切线的夹角。喷涂方向通常情况下为60°~80°,喷涂方向不小于45°时,对涂层的结构和沉积效率并不会造成太大的干扰。通常情况下指出,喷角小于30°是不允许喷涂的。
 
当喷涂方向过小,细小的粉末微粒粘结在喷涂表层上时,阻碍继续喷上去的粒子,结果在其后边产生一类“掩体”,这种就会产生具有许多不规则空穴的多孔涂层(热喷涂与再制造)。这种孔穴不仅减弱涂层强度,同时会从喷射流中聚集含有高氧化物的细微物质,转变涂层的化学成份。
 
6.等离子喷涂参数之喷涂产品工件的预热与温度控制
 
在冬天或结构较复杂的零部件、内孔件喷涂前先做好预热,预热温度通常情况下在80~150℃之间。目标是以便除去基体表层的潮气、改善基体表层的活化状态、降低喷涂颗粒至基体表层时的冷却速度、减轻喷涂粒子冷却时造成的热应力等。
 
喷涂产品工件在喷涂流程中要调节温升。既要调节整个产品工件的温度,最高不超过200℃,更要防止喷涂部位局部过热。与整体过热相比,局部过热对涂层的干扰更大,特别在制备陶瓷涂层时,涂层非常容易开裂(热喷涂与再制造)。通常选用辅助吹风冷却来调节产品工件的温度。
 
7.等离子喷涂参数之喷枪的移动速度
 
喷枪移动速度通常情况下以束流斑点的直径为依据。因为不一样的喷涂工艺方式,其束流斑点直径是不一样的,通常取压盖斑点的30%~50%,不能小于30%。喷枪的移动速度确定后还要与产品工件的旋转线速度相匹配,使每遍喷涂的涂层厚度做到要求。
 
在相应送粉量下喷枪移动速度或喷枪与工件的相对速度的慢与快,代表着单位时间内,喷枪划过工件面积的多少或每一次喷涂层的厚度,所以调节喷枪的移动速度实际上是控制每一次喷涂层的厚度。
 
每一次喷涂的厚度不宜太厚。通常状况下,针对使用厚度在0.15mm以下的薄涂层,每一次喷涂的涂层厚度不要超过0.02mm(热喷涂与再制造)。除此之外喷枪移动速度对工件的温升也有影响,为不使基体局部温升过高而造成热变形或热应力过大,可采取略提高工件线速度的方法来加快喷枪的移动速度。
 
8.等离子喷涂参数之喷涂气氛控制
 
喷涂流程中,飞行的颗粒会与燃气或大气等接触发生化学反应,造成涂层中含有氧化物夹杂,其造成与热源的气氛和大气环境的影响都有关系(热喷涂与再制造)。选用一点低压气氛喷涂可改善粒子的氧化水平,例如低压等离子喷涂,它可用作制备易氧化的金属及其合金材料涂层;选用惰性气体对粒子束开展防护。
 
全部喷涂环境中,粉尘是不可避免的,要搞好全部环境的通风除尘工作,较大水平上减轻涂层中的夹杂给其产生的影响。
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