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介绍通过原位锦州干冰处理提高等离子喷涂氧化铬涂层质量的方法-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-08-29 0:22:01 * 浏览: 9
在各个行业的各种应用中,热喷涂涂料通常用于改善组件的耐磨性,耐腐蚀性和耐热性。它们还用于机械间隙控制,电气和其他特殊性能。作为一种技术,还可以对磨损或损坏的零件进行热喷涂,以使其恢复工作状态。 [1]热喷涂应用的一些示例包括:涡轮发动机零件,阀门和泵,活塞杆,造纸机辊和医疗植入物。 [3]与其他涂覆方法相比,热喷涂技术的优势在于其多功能性:它可以在各种大小的零件上沉积各种厚度的金属,陶瓷或塑料材料,而不会产生大量的额外热量。沉积速率也很高,油漆的剥离和重新涂覆相对容易(取决于材料),并且投资成本相对较低。不利的是,热喷涂是视线过程,这意味着它不能用于例如复杂的几何形状或小圆柱体的内部。喷枪必须几乎垂直于基材表面,以确保涂层性能。另外,如前所述,如果腐蚀剂可以穿透涂层并损坏基材,则在某些腐蚀环境下,涂层的孔隙率会引起问题。最后,涂层的附着力始终与基材涂层界面的制备有关,通常必须在表面进行喷砂处理以增强附着力,从而增加额外的工作量。 [1] 2.1大气等离子喷涂大气等离子喷涂(APS)是等离子喷涂工艺中最常见的变体。在等离子喷涂中,在轴向对齐的钨阳极和作为喷嘴内部一部分的铜阳极状环之间会形成电弧。高温电弧加热流动的气体,使它们电离并形成等离子流。将原料粉末或液体送入等离子流,对其进行加热并将其推向基材。顾名思义,APS在正常的空气环境中运行,而其他变体,例如真空等离子喷涂(VPS)或受控气氛等离子喷涂(CAPS或CPS)则在受控环境中运行。图3:等离子炬的横截面。 1)阳极,2)阴极,3)出水口和阴极连接器,4)进水口和阳极连接器,5)工作气体入口,6)内部粉末注入器,7)电气绝缘。具有内部粉末供应装置的等离子喷枪在图1中示出。 3.割炬可分为三个关键系统:电路,冷却水电路和供气装置。直流电通过正极连接器到达阳极,在阳极形成电弧,然后跳到连接到负极连接器的阴极。阳极和阴极之间的绝缘是促进电弧形成所必需的,因此某些零件必须由非导电材料制成。图4:计算F4等离子炬的速度和温度分布。典型的割炬功率范围为30到90千瓦,但高功率割炬的电量可超过250千瓦。典型的炬管的粉末流量为3-6kg / h,沉积效率约为50%。电弧电压范围为30V至80V,电流为300-1000A。等离子流的温度可以达到12000-15000℃,喷嘴出口的速度可以达到500-2500m / s。但是,如图4所示,喷嘴出口处的速度和温度下降很大,这主要是由于与周围空气的湍流混合。 [2]实际的粒子速度和温度明显较低。特别是在阴极上以及在阳极上,由于高热负荷而需要冷却水。高流速和高压对于防止水蒸气的形成是必不可少的,水蒸气的形成将导致传热速率降低并最终导致电极过热和熔化。工作气体通过气体分配环输送到喷枪的后部,从而使气流稳定并重新定向。通常在电弧室内形成气体涡流。旋转的气体使电弧保持运动,以防止阳极局部腐蚀。气体被离子化后,它膨胀并离开喷枪。 [1]图3(第11页)显示了内部径向粉末饲料,但外部径向粉末饲料也很常见。对于径向进给,通常使用一个端口,但是可以使用多个端口设计[4]。在利用三个电极而不是三个电极的先进系统中,粉末进料也可以轴向位于电极之间。当沿着等离子体的中心线直接注入时,可以实现均匀加热。 3电极设计的另一个优点是,由于分离了能量,减少了电极上的热负荷,从而延长了使用寿命并实现了更高的功率水平。 [3]在内部送粉的情况下,轴向和径向都具有很大的优势,即在等离子流中的停留时间更长。但是,内部粉末供应要求原料粉末的粒度分布更紧密。 [1]当使用放射状粉末注射时,必须仔细优化粉末进料参数,因为它们会影响最终粉末的速度和熔融度,这会转化为涂层特性。粉末粒径分布,载气速度,粉末入口直径和位置决定了粉末进入等离子体时的初始轨迹。当粉末以足够的速度进料时,较大的颗粒具有足够的动量以渗透到等离子体的中心,而较小的颗粒保留在较冷的区域中,在那里它们仍被充分加热。载气和粉末流速太高或太低,而粉末进料将错过等离子流的中心。等离子喷涂通常使用的粉末尺寸为10-45μm。送粉应对准等离子流的中心。使用外部进纸器时,每次调整时都应放置好它。通常使用与等离子轴成直角的90°角,但是将端口引导到等离子流的上游将导致更长的停留时间,这可能对高熔点的材料有利,同样地,将下游端口引导会导致滞后时间减少加热。小直径的粉末进料口会导致较高的速度,从而导致口腐蚀。应监测磨损情况,即使轻微磨损也会导致粉末注射速率降低。等离子炬中使用的气体类型定义了等离子特性。可以基于可达到的等离子流温度和等离子热导率评估不同的等离子气体。氦气达到高温并具有良好的导热性,但是通常太贵了。氩气也可以产生高温等离子体,但是不良的热传递使其在加热粉末颗粒时无效。氢是有效的二次气体,因为它增加了等离子体的焓和导热率,还增加了电弧电压。另一方面,点燃和使用氮气具有挑战性。 [3]在某些应用中,使用纯氩气,但结合使用诸如Ar + H2,Ar + He和Ar + N2之类的组合,因为它们具有高温和良好的导热性。氮也可以单独使用,但也可以与氢混合使用。也使用Ar + He + H2或Ar + He + N2的三元混合物。 [4]扩口喷嘴和阳极设计是等离子流特性的决定性因素之一。通常,较小直径的喷嘴将增加等离子体的温度,尽管这种增加并不像改变等离子体气体的成分那样剧烈。对于小直径喷嘴,速度增加是双重的:较小的通道直径本身会增加流速,但升高的等离子体温度会进一步增加。圆柱形喷嘴在等离子喷涂中很常见,但已发现拉伐喷嘴可产生更均匀的速度和温度,并减少周围空气的湍流。阴极的形状主要影响速度。尖锐的阴极尖端可提供更快的轴向速度,但是随着腐蚀速率的增加,形状会发生变化,从而改变速度分布。 [2]电弧电流和等离子气体流量是已调整并已调整以产生等离子体特性的主要参数,其效果如图5所示。增加电弧电流可增加等离子体射流和粒子的速度和温度。但是,增加的电流会产生更多的热量,从而缩短电极寿命。更高的等离子气体流速将导致更高的速度,但作为回报,等离子和颗粒的温度将下降。为了t为了进一步提高涂层质量,必须将具有特定特征的等离子流与正确的喷涂距离相匹配。如果距离太短,较高的撞击速度将导致孔隙,而距离太长将导致颗粒在飞行中重新凝固。图5:电流和等离子体气体流量对Ar-He等离子体中YSZ粒子的温度和速度的影响。等离子喷涂具有很宽的喷涂温度范围,只要它的熔点和蒸发或分解点不太接近,就可以沉积几乎所有材料。尽管在飞行过程中暴露于环境空气中,一些喷涂有APS的金属,金属陶瓷和非氧化陶瓷往往会氧化或分解,但对工作气氛有一些限制。对于关键氧化物应用,可使用真空(VPS)或可控气氛等离子喷涂(CAPS)。 [2] APS喷涂金属包括各种铁,镍和钴基合金,以及其他超级合金和钼。这些通常用于低温或高温腐蚀应用,但也可以使用耐磨涂层。金属陶瓷也可以在正常环境中喷涂,但是特别是WC和WC-Co涂层容易被氧化或分解,从而导致硬度降低。 Cr3C2-NiCr更耐氧化,更易于喷涂APS。 [2]非氧化物陶瓷很容易氧化或分解,因此通常用VPS或CAPS沉积。另一方面,氧化物陶瓷是APS最常用的材料。最常见的是氧化铝,氧化钛,氧化铬和氧化锆及其各种混合物。氧化铝和氧化钛主要用于耐磨和耐腐蚀以及介电应用。这些通常用作各种成分的混合物,因为它们比纯氧化物涂层具有更好的性能。氧化铬的主要应用还包括耐磨性和耐腐蚀性,有时还与氧化铝或氧化钛合金化。氧化锆由于其低导热率和高耐热冲击性而主要用于隔热涂层。可能的涂层特性范围很广,但是对于典型的等离子喷涂涂层,厚度范围为300-1500μm[3],孔隙率为2-8%,结合强度超过40 MPa。但是,对于SOFC应用而言,悬浮等离子喷涂可实现厚度仅为10μm的涂层。 [1]通常,低孔隙率水平是理想的,但是对于热障涂层,较高的孔隙率水平是有利的,并且可以通过正确的参数实现。在某些情况下,也可以获得更高的粘结强度。 pstyle =” text-indent:28px,text-align:justify,text-justify