等离子喷涂参数的选择

2019-06-12 10:01:00 作者：黄新春来源：热喷涂与再制造分享至：

等离子喷涂除了具有和其他喷涂方法一样的零件尺寸不受限制、基体材质广泛、加工余量小、可喷涂强化普通基材零件表面等优点外，还具备以下优点：

（1）基体受热小、零件不变形，不改变热处理状态。

由于喷涂时零件不带电，基体金属不熔化，所以尽管等离子焰流的温度较高，但能量非常集中，等离子弧的轴向温度梯度很大，一般零件温升不超过200℃，则零件不会发生变形，这对于薄壁件、细长杆以及一些精密零件的修复十分有利。由于在200℃以下基体金属的热处理性质不会发生变化，可以对一些高强度钢材实施喷涂。

（2）能够喷涂的材料广泛，涂层的种类多。

由于等离子焰流的温度高，可以将各种喷涂材料加热到熔融状态，因而可供等离子喷涂使用的材料非常广泛，从而也可以得到多种性能的喷涂层，如耐磨涂层，隔热涂层、抗高温氧化涂层、绝缘涂层等等。就涂层的广泛性来说，氧-乙炔焰喷涂、电弧喷涂、高频感应喷涂和爆炸喷涂都不及等离子喷涂。

（3）工艺稳定，涂层质量高。

等离子喷涂的各工艺参数都可定量控制，工艺稳定，涂层再现性好。在等离子喷涂中，熔融状态粒子的飞行速度可达180～480m/s甚至更高，远比氧-乙炔焰粉末喷涂时的粒子飞行速度45～120m/s高。熔融微粒在和零件碰撞时变形充分，涂层致密，与基体的结合强度高。等离子喷涂层与基体金属的法向结合强度通常为30～70MPa，而氧-乙炔焰喷涂一般为5～20MPa。由于等离子喷涂时可以通过改换气体来控制气氛，因而涂层中的氧含量或氮含量可以大大减少。

等离子喷涂工艺参数主要有电弧功率、送粉量、气体流量和喷涂距离以及喷枪移动速度，基体金属的温度等。

1 送粉量及电功率

送粉量及电功率这两个工艺参数是喷涂过程中最主要的参数，又是需要经常变动的参数，而且这两个参数是互相联系的，在确定这两个工艺参数时，重点是保证二者的恰当匹配。送粉量和功率恰当匹配指的是对于由一定牌号一定粒度组成的粉末，在不同的送粉量下，应当施加不同的电功率，通过调整氢气流量来保证所需的工作电压和射流的热焓，通过调整电流的大小调节输入功率。当送粉量不变时，如果电功率过小，则粉末熔化不良，涂层中夹杂的生粉多，粉末撞击工件时变形不充分，并有较多的粉末弹跳损失，沉积效率低，涂层质量下降。反之若电功率过大，虽然粉末的熔化和撞击变形良好，但粉末受热氧化烧蚀严重，涂层中夹着较多的烟尘，熔化粒子飞溅严重，同样会使沉积效率降低，涂层质量下降。因此，对于一定牌号一定粒度组成的粉末，送粉量的大小和电功率值要相适应。生产中确定送粉量和电功率最佳匹配的方法是采用喷涂沉积效率试验，一般取沉积效率曲线中最高点处的电功率值为最佳值。

2 喷涂距离

粉末在等离子焰流中加热和加速都需要一段时间，因此应有一个合适的喷涂距离，喷涂距离过近，会因粉末加热不良，撞击变形不充分而影响涂层质量，还会使零件受等离子焰流的影响而严重氧化，同时也会使基体温升过高，造成热变形。喷涂距离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来，飞行速度也开始降低，同样影响涂层质量，喷涂效率会明显降低。

3 主气、二次气及送粉气的流量

通入喷枪用于压缩电弧并发生电离的气体称为主气，等离子喷涂常用Ar气等作为主气，为了提高等离子弧的热焓常在离子气中加入N2、H2，称之为二次气或次级气，用于带动粉末的气体称为送粉气。主气的流量，是重要的工艺参数之一，它直接影响到等离子焰流的热焓和流速，继而影响喷涂效率和涂层孔隙率等，气流量过大或过小均会导致喷涂效率的降低和涂层孔隙率的增加。气流量过大，离子浓度减少，过量的气体会冷却等离子的焰流，使热焓和温度下降，不利于粉末的加热，粉末熔化不均匀，使喷涂效率降低，涂层组织疏松，孔隙率增加；反之气流量太小，会使喷枪工作电压下降，使焰流软弱无力，并容易引起喷嘴烧蚀。送粉气的流量对涂层质量的影响也很大，对外送粉喷枪而言送粉气对涂层质量的影响尤其严重，送粉气流量过小会使粉末难以到达焰流中心，过大则会使粉末穿过射流中心，产生严重的“边界效应”，致使涂层疏松，结合强度降低。

4.喷枪移动速度

喷枪移动速度对涂层质量和喷涂效率的影响在一定的范围内并不明显。在一定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，意味着单位时间内，喷枪扫过工件面积的多少或每次喷涂层的厚度，所以调节喷枪的移动速度实际上是控制每次喷涂层的厚度。每次喷涂的厚度不宜太厚。一般情况下，每次喷涂的涂层厚度不要超过0.25mm，对于要求喷涂厚度为0.25mm的涂层，也应以两次或多次喷成为好。此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，也希望在保证覆盖的前提下，选用较快的喷枪移动速度。

5.基体金属的温度

基体金属的温度是喷涂工艺一项重要的参数。多数工件在喷涂前，需进行一定的预热，目的是为了去除湿气，并使表面活化，有利于涂层与基体的结合，以及控制基体相对涂层的热膨胀。对于一些薄壁件，可减小喷涂后冷却时由于零件和涂层的收缩不一致而造成的应力，从而有利于涂层与基体的结合。喷涂前预热还可以使零件在喷涂后的抗疲劳强度下降量减少。但是当金属零件的预热温度超过200℃时，零件表面开始出严重的氧化膜，导致涂层的结合强度显着下降。一般况下预热温度为100~150℃，在喷涂WC-Co粉末时，为减少碳的烧损，基体应保持更低温度。

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