高電壓低電流等離子噴涂的特性研究.pdf

1、在過去的幾十年中，等離子噴涂技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，被廣泛的應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。然而大氣等離子噴涂仍存在許多不足之處，主要表現(xiàn)在射流中的氧氣含量高，噴涂過程的高溫會(huì)使一些材料發(fā)生相變，從而使一些重要涂層的噴涂受到限制；其次，焰流的速度相對(duì)較低，對(duì)粉末粒子的加速能力差，因此涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度低，涂層的致密度差。此外，如何更加充分的熔化粉末，提高粉末的沉積效率也是人們普遍關(guān)心的問題?；谝陨显?，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，開發(fā)新型的等離子噴槍

2、以適應(yīng)不同的噴涂要求是等離子噴涂發(fā)展的重要方向。當(dāng)前國際上先進(jìn)等離子噴涂設(shè)備主要向高能、高速、真空和內(nèi)送粉方向發(fā)展。 大連海事大學(xué)高陽教授最新開發(fā)了雙陽極等離子噴槍，通過第一陽極引燃電弧，然后通過第二陽極拉伸電弧長度，能夠有效的提高電弧電壓和電弧功率，并且能夠降低陽極弧根的分流效應(yīng)，獲得更加穩(wěn)定的等離子射流。本文通過實(shí)驗(yàn)方法對(duì)雙陽極等離子噴槍進(jìn)行研究，其重點(diǎn)是對(duì)比陽極弧根在第一陽極或者第二陽極上時(shí)噴槍電特性和熱特性的異同，其主要

3、研究內(nèi)容包括，等離子射流溫度和速度的分布，噴槍的熱效率電弧的伏安特性以及氣體流量對(duì)電弧電壓的影響。實(shí)驗(yàn)還對(duì)雙陽極等離子噴槍和傳統(tǒng)等離子噴槍的涂層性能進(jìn)行了對(duì)比，并編制程序計(jì)算了噴涂氧化鋁粉末時(shí)應(yīng)采用的最優(yōu)送粉速度。此外，本文的研究中還實(shí)驗(yàn)對(duì)比了送粉方式對(duì)于噴涂特性的影響。本文研究的主要成果及結(jié)論如下： 1．在相同電弧功率的條件下，第二陽極模式下的等離子射流的溫度和速度要大大高于第一陽極模式下的等離子射流，其原因是前者具有更高的熱

4、效率。第二陽極模式下噴槍的熱效率要高于第一陽極模式，其原因在于第二陽極模式下，電弧在噴嘴內(nèi)部始終受到有效的自磁壓縮作用，有效的防止了能量向噴嘴的擴(kuò)散。 2．在第一陽極的模式下，純氬，氬．氮以及氬．氫等離子電弧都呈現(xiàn)出下降的伏安特性，這與傳統(tǒng)等離子噴槍的伏安特性相同；然而，在第二陽極模式下，純氬等離子電弧呈現(xiàn)出明顯的上升的伏安特性，氬．氮等離子電弧呈現(xiàn)出水平的伏安特性，氬．氫等離子電弧依然保持下降的伏安特性。這種情況產(chǎn)生的原因和氬

5、氣、氮?dú)庖约皻錃馊N不同氣體在等離子狀態(tài)下熱導(dǎo)率的巨大差異引起的。 3．在第一陽極模式下，電弧電壓首先隨著氣體流量的增加而升高，達(dá)到最大值后，繼續(xù)增加氣體流量，電弧電壓反而出現(xiàn)下降，這是由于等離子流動(dòng)從層流向湍流轉(zhuǎn)捩過程中，電弧長度的縮短而引起的；在第二陽極模式下，電弧電壓始終隨著氣體流量的增加而升高。 4．送粉方式對(duì)粉末的熔化以及涂層的質(zhì)量有著很重要的影響，在相同輸入功率的條件下，采用軸向送粉方式噴涂可以更好的熔化粉末

6、粒子，獲得均勻致密的涂層，粉末的沉積效率高，這要優(yōu)于徑向內(nèi)送粉和徑向外送粉條件下的等離子噴涂。 5．采用普通噴槍噴涂的碳化鎢涂層，碳化鎢的脫碳比較嚴(yán)重，涂層中存在著大量的W2C相，涂層的致密度差，氣孔率高；采用雙陽極噴槍噴涂的碳化鎢涂層，碳化鎢的脫碳程度大大的降低，涂層中W<,2>C項(xiàng)的含量比較少，涂層的致密度好，氣孔率低。其原因主要在于普通噴槍的電弧波動(dòng)比較劇烈，射流湍流度高，導(dǎo)致混入射流的氧氣含量比較高，氧和粉末中的碳元素發(fā)