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6 等离子喷涂 材 料 学 院 金属12级 6.1 等离子喷涂的定义、原理 和特点 6.2 等离子喷涂与其它表面改性技术的区别 6.3 等离子喷涂的发展史 6.4 等离子喷涂的基材表面预处理 6.5 等离子喷涂涂层的后处理及检测方法 6.6 等离子喷涂设备 6.7 等离子喷涂应用举例 6.1 等离子喷涂的定义、原理 和特点 plasma coating; plasma spraying 等离子喷涂等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。 等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。 等离子喷涂具有如下优点： 可喷材料及为广泛 由于等离子喷涂时焰流温度高、热量集中，弧柱中心温度可升高到15000-33000℃，它能熔化一切高熔点和高硬度材料。这是其它喷涂方法所不能实现的。 涂层致密，结合强度高（相对一火焰喷涂） 因为等离子喷涂能使粉末获得较大的动能，且粉末温度又高，所以，喷涂获得的涂层致密度，一般在90%-98%之间，结合强度可达65-70MPa。 对工作热影响小 等离子喷涂时，喷涂后基体组织不发生变化，工件几乎不产生变形。 效率高 等离子喷涂时，生产效率高，采用高能等离子喷涂时，粉末的沉积速率达8Kg/h。 其缺点： 1）高温高速粒子与环境气氛的作用过程，特别是金属材料，在大气气氛中进行，热源中空气的卷入，会导致喷涂粒子与气氛的作用过程，如氧化等。 2）涂层面积小时经济性差。对小零件进行喷涂或者所需涂层面积小时，为有用涂层结合在基体上的量占喷涂时消耗的喷涂材料的量较小，经济性差。 3）涂层中存在气孔，由于高速熔融粒子碰撞到已形成的涂层表面时，粗糙的表面填存的不完全性及与粒子表面结合的不完全性，不可避免地在涂层中会产生气孔。 4）喷涂层与基体的结合以机械结合和物理结合为主，结合强度低。 6.2 等离子喷涂与其它表面改性技术的区别 1. 与火焰喷涂的区别 等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种精密喷涂方法。它具有：①超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。③由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。 等离子体的高温足以瞬间熔化目前已知的任何材料，从而使等离子喷涂的材料更为丰富，特点是喷涂高熔点陶瓷材料，等离子喷涂具有很大优势。 火焰喷涂只适合一些熔点较低的喷涂材料。 2. 与气相沉积的区别 1）根本方法不同（定义） 等离子喷涂是将材料输送到高温等离子射流中，粉末颗粒在高温等离子射被瞬间加热到熔化或者半熔化状态，并以单个颗粒为单元分别凝固在零件表面形成层片状堆积涂层 气相沉积是将一种或数种材料通过电阻加热、离子轰击或者电子束照射方法使其气化（化化学分解），以直接气－固沉积方式（或发生化学反应）在零件表面形成几微米的致密涂层。 2）条件不同 等离子喷涂可以直接在大气环境下 气相沉积必须在高真空下进行 3）涂层组织结构与厚度不同 等离子喷涂涂层的组织为层状堆积，涂层存在大量粒子间界面和气孔等缺陷。 气相沉积涂层是致密的几微米厚的薄膜材料 4）性能上的不同 等离子喷涂在某种程度上提高了涂层的性能， 气相沉积大大提高了材料的性能 6.3 等离子喷涂的发展史 19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际上是等离子体实验研究的起步时期。 1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。 美国的I.朗缪尔在1928年首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。 　　从20世纪30年代起，磁流体力学及等离子体动力论逐步形成。等离子体的速度分布函数服从福克－普朗克方程。 苏联的Л.Д.朗道在1936年给出方程中由于等离子体中的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。 1938年苏联的A.A.符拉索夫提出了符拉索夫方程，即弃去碰撞项的无碰撞方程。朗道碰撞积分和符拉索夫方程的提出，标志着动力论的发端。 1942年瑞典的H.阿尔文指出，当理想导电流体处在磁场中，会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。印度的S.钱德拉塞卡在1942年提出用试探粒子模型来研究弛豫过程。 1946年朗道证明当朗缪尔波传播时，共振电子会吸收波的能量造成波衰减，这称为朗道阻尼。朗道的这个理论，开创了等离子体中波和粒子相互作用和微观不稳定性这些新的研究领域。 从1935年延续至1952