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博友納米,噴出來的電鍍,替代傳統電鍍,貼金箔,銀箔

等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性的技術,可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。 等離子噴涂技術是采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源,將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態,并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法。 等離子噴涂亦有用于醫療用途,在人造骨骼表面噴涂一層數十微米的涂層,作為強化人造骨骼及加強其親和力的方法。

等離子噴涂的參數主要有工作氣體的成分和流量、電參數、送粉量、噴涂距離和噴涂角度、噴槍和工件的相對移動速度等。

1. 氣參數(流量)

主氣的流量是重要的工藝參數之一,它直接影響到等離子焰流的熱焓和速度,繼而影響噴涂效率和涂層孔隙率等。當噴涂功率一定時,主氣流量過大或過小均會導致噴涂效率的降低和涂層孔隙率的增加(熱噴涂與再制造)。氣流量過大,離子濃度減少,過量的氣體會冷卻等離子的焰流,不利于粉末的加熱,粉末熔化不充分,使噴涂效率降低,涂層組織疏松,孔隙率增加;反之主氣流量太小,會使焰流軟弱無力,次級氣在工作氣體中的相對含量增加,造成射流熱焓和溫度的提高,使噴涂粉末過熔。

次級氣的流量變化主要反映在噴涂電壓的變化上。

送粉氣的壓力和流量對涂層質量的影響也很大。對外送粉噴槍而言,送粉氣對涂層質量的影響尤其嚴重。如圖所示,送粉氣壓力和流量過小會使粉末難以到達焰流中心,過大則會使粉末穿過射流中心,產生嚴重的“邊界效應”,致使涂層疏松,結合強度降低。對于內送粉噴槍而言,送粉氣壓力和流量過大同樣不能把粉末送入焰心,若過小,則易造成堵塞噴嘴,嚴重時則會燒壞噴嘴(熱噴涂與再制造)。若要很大送粉氣壓力和流量才能把粉末送入焰心,則須檢查供粉系統的氣密性,是否漏氣。

所以送粉氣的壓力和流量應根據送粉量的大小、粉末的比重、粉末的流動性以及供粉系統的性能、射流的功率和剛性來選取。

2. 電參數

(1)功率

輸入功率大小首先要滿足能夠將粉末熔化良好。形成涂層的粉末所需的熱功率應為:

式中:Gf——單位時間的送粉量

T0,Tm,Tr——粉末原始溫度、粉末熔點和粉末過熱的溫度;

Cs,Cm——粉末固態和熔態的比熱;

Hr——熔融粉末材料在Tr下的熱焓增量。

根據等離子焰流能量利用系數ηf,可估算出噴嘴出口處等離子體的熱功率qp:

最后按噴槍效率η,可估算出所需輸入的功率P:

式中:0.24——電能轉變為熱能的系數

一般來說,采用較高的功率值比較好。一般等離子噴涂常用的功率為20~35 kW,而HEPJet高效能超音速等離子噴涂常用的功率為45~65 kW。

(2)電壓和電流

等離子弧電壓是由噴槍結構和工作氣體決定的。可以通過調節陰極與噴嘴間的距離和變化工作氣體的成分來調節弧電壓(熱噴涂與再制造)。在已選定噴槍結構和主氣體流量為一定值的情況下,電壓與電流的調節可以通過改變電源調節器和H2流量來進行調節。應當注意的是當改變電壓或電流時,主氣的流量也會相應的有些變化,因此為了保證穩定的噴涂參數,當調節電壓和電流時要適時的調節并維持主氣流量不變。

功率確定后,應盡可能選用較高電壓和較低電流,這樣有利于提高噴槍熱效率。

3. 噴涂距離

噴涂距離是指噴嘴端面到基體表面的直線距離。粉末在等離子焰流中加熱和加速都需要一段時間,因此應有一個合適的噴涂距離,噴涂距離過近,會因粉末加熱時間短,撞擊變形不充分而影響涂層質量,還會使零件受等離子焰流的影響而溫度升高快、出現嚴重氧化,造成涂層脫落(熱噴涂與再制造)。噴涂距離過遠又會使已經加熱到熔融狀態的粉末在與零件接觸時冷了下來,飛行速度也開始降低,同樣影響涂層質量,噴涂效率會明顯降低。等離子噴涂的噴涂通常為70-150mm。

4. 送粉速率

送粉速率指單位時間的送粉量,它直接影響到噴涂效率和涂層質量。送粉量應當與熱源參數相匹配。對于同種牌號同種粒度的粉末,在不同的送粉量下,應當施加不同的輸入功率。當送粉量不變時,如果熱源功率參數過小,則粉末熔化不良,涂層中夾雜的生粉多,粉末撞擊工件時變形不充分,并有較多的粉末彈跳損失,沉積效率低,涂層質量下降。反之若熱源功率參數過大,雖然粉末的熔化和撞擊變形良好,但粉末受熱氧化燒蝕嚴重,涂層中夾著較多的煙塵,熔化粒子飛濺嚴重,同樣會使沉積效率降低,涂層質量下降(熱噴涂與再制造)。因此,對于一定牌號一定粒度組成的粉末,送粉量的大小和熱源參數要相適應。

5. 噴涂角度

噴涂角度指的是噴涂射流軸線與基體表面切線的夾角。噴涂角度一般為60°~80°,噴涂角度不小于45°時,對涂層的結構和沉積效率不會產生太大的影響。一般認為,噴角小于30°是不允許噴涂的。

當噴涂角度太小,細小的粉末微粒粘結在噴涂表面上時,阻礙繼續噴上去的粒子,結果在其后面形成一種“掩體”,這樣就會形成具有許多不規則空穴的多孔涂層(熱噴涂與再制造)。這種孔穴不僅減弱涂層強度,而且會從噴射流中聚集含有高氧化物的細微物質,改變涂層的化學成份。

“陰影效應”示意圖

當噴涂角度小于45°時,噴涂的“遮蔽效應”便會出現,影響涂層的層間結合,且大幅度降低涂層與基體的結合強度。

6. 噴涂工件的預熱與溫度控制

在冬季或結構較復雜的零部件、內孔件噴涂前要進行預熱,預熱溫度一般在80~150 ℃之間。目的是為了去除基體表面的潮氣、改善基體表面的活化狀態、降低噴涂顆粒至基體表面時的冷卻速度、減輕噴涂粒子冷卻時產生的熱應力等。

噴涂工件在噴涂過程中要控制溫升。既要控制整個工件的溫度,最高不超過200 ℃,更要防止噴涂部位局部過熱。與整體過熱相比,局部過熱對涂層的影響更大,尤其在制備陶瓷涂層時,涂層非常容易開裂(熱噴涂與再制造)。通常采用輔助吹風冷卻來控制工件的溫度。

7. 噴槍的移動速度

噴槍移動速度一般以束流斑點的直徑為依據。因為不同的噴涂工藝方法,其束流斑點直徑是不同的,通常取壓蓋斑點的30%~50%,不能小于30%。噴槍的移動速度確定后還要與工件的旋轉線速度相匹配,使每遍噴涂的涂層厚度達到要求。在一定送粉量下噴槍移動速度或噴槍與工件的相對速度的慢與快,意味著單位時間內,噴槍掃過工件面積的多少或每次噴涂層的厚度,所以調節噴槍的移動速度實際上是控制每次噴涂層的厚度。每次噴涂的厚度不宜太厚。一般情況下,對于使用厚度在0.15 mm以下的薄涂層,每次噴涂的涂層厚度不要超過0.02 mm(熱噴涂與再制造)。此外噴槍移動速度對工件的溫升也有影響,為不使基體局部溫升過高而造成熱變形或熱應力過大,可采取略提高工件線速度的方法來加快噴槍的移動速度。

8. 噴涂氣氛控制

噴涂過程中,飛行的顆粒會與燃氣或大氣等接觸發生反應,造成涂層中含有氧化物夾雜,其產生與熱源的氣氛和大氣環境的影響都有關系(熱噴涂與再制造)。采用一些低壓氣氛噴涂可改善粒子的氧化程度,例如低壓等離子噴涂,它可用于制備易氧化的金屬及其合金材料涂層;采用惰性氣體對粒子束進行保護。

整個噴涂環境中,粉塵是不可避免的,要做好整個環境的通風除塵工作,最大程度上減輕涂層中的夾雜給其帶來的影響

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