真空等离子喷涂

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《特种加工手册》第293页（1370字）

真空等离子喷涂又称低压等离子喷涂，是在低于大气压的低真空的密闭空间里进行的等离子喷涂．

5．5．3．1 原理

如图5-35所示，将等离子喷枪、工件及其运转机械置于低真空(4～13kPa)的密闭室里，在室外控制喷涂过程，通过抽真空和过滤系统，保持密闭室的真空度，当喷枪产生等离子弧后，等离子射流进入低真空环境，其形态和特性都将发生变化，首先，射流比在大气环境里体积更加膨胀，使等离子射流密度变校射流的速度相应提高(如图5-36所示)，又由于低真空环境传热性差，射流的温度提高，高温区域扩大(如图5-36所示)．压力愈低，射流温度愈高(如图5-37所示)，从而使等离子射流的温度场和速度场都发生很大变化，进入等离子射流中的粉末在高温区域滞留的时间增加，粉粒受热更加均匀，同时熔粒的飞行速度也显着提高，加之是在密闭的惰性气氛里喷涂，喷涂粒子以及工件表面完全避免了氧化，工件温度也比在大气气氛里高，由于以上原因，使得涂层结合强度大幅度提高，气孔大幅度降低，涂层残余应力降低，涂层质量显着改善．

图5-35 真空等离子喷涂示意图

图5-36 等离子射流中心轴上的温度和速度变化

(a)温度变化；(b)速度变化

图5-37 环境气压对等离子射流温度的影响

等离子气体：Ar；功率：40kW；喷嘴孔径：6．25mm

在低真空的环境里，由于非转移型等离子弧射流变粗拉长，一直接触到工件表面形成导电通道，因而可在其上叠加转移唬利用转移弧对工件表面进行溅蚀，去掉表面氧化层和污染，并且工件可以加热到较高温度，使得涂层在光滑的表面上就可结合，并在界面上产生扩散，提高了结合强度，涂层厚度亦可不受限制．

在密闭室进行喷涂，噪音和粉尘对环境的污染问题也相应解决．

5．5．3．2 特点及应用

真空等离子喷涂有以下优点：

①涂层结合强度高，气孔率极低；

②热能利用率高，粉末沉积效率高；

③涂层残余应力校可以制备厚涂层；

④在喷涂过程中喷涂粒子没有氧化和污染，涂层无氧化物．

由于上述优点，虽然设备复杂昂贵，但也开始在生产上应用，目前主要应用在航空涡轮发动机的叶片上喷涂CoCrAlY耐高温涂层．