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        北京歐倍爾科學儀器有限公司

        德國進口等離子表面處理設備中國總代理

        400-686-0188

        真空等離子噴涂(VPS)解決方案

        定義

        等離子噴涂技術是采用由直流電驅動的等離子電弧作為熱源,將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態,并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固的表面層的方法。而真空等離子噴涂是指在氣氛可控的,4~40Kpa的密封室內進行等離子噴涂技術。因為工作氣體等離子化后,是在低壓氣氛中邊膨脹體積邊噴出的,所以噴流速度是超音速的,而且非常適合于對氧化高度敏感的材料。

        真空等離子噴涂工作原理圖及等離子噴槍結構及噴涂原理示意圖

        VPS循環的壓力-時間圖
        過程

        1、準備階段Ⅰ由更換裝料、真空室抽真空與調整到噴涂階段Ⅱ所需的工作壓力所組成。

        2、在噴涂階段Ⅱ中用轉移電弧清理基體的表面、加熱并覆蓋保護層,這時可使真空室壓力對每種噴涂材料最佳化。

        3、在斷路階段Ⅲ中,由于安全原因對真空室重新抽真空,以便是氫含量降低到臨界極限一下。

        4、然后在惰性氣體中冷卻,用干燥氮氣沖洗,在位更換裝料而打開真空室之前使真空室通風以消除粉塵。

        對比

        與粉末火焰
        噴涂對比

        1、超高溫特性,便于進行高熔點材料的噴涂。(高熔點陶瓷材料)

        2、噴射粒子的速度高,涂層致密,粘結強度高。

        3、由于使用惰性氣體作為工作氣體,所以噴涂材料不易氧化。

        4、等離子噴涂時,噴涂后基體組織不發生變化,工件幾乎不產生變形。

        5、等離子噴涂時,生產效率高,采用高能等離子噴涂時,粉末的沉積速率達8Kg/h。

        與大氣等離子
        噴涂對比

        1、等離子射流的速度和溫度都比大氣等離子噴涂明顯提高,壓力愈低,射流速度和溫度就愈高。

        2、粉末在等離子射流高溫區域滯留的時間增加,受熱更均勻,飛行速度更高。

        3、可大幅度提高基體表面預熱溫度;還可以用反向轉移弧對基體進行濺射清洗,清除氧化物和污垢,使涂層和基體的結合狀況得到改善。

        4、粉末和基體表面完全避免了氧化,能制備各種活性金屬材料涂層。

        5、涂層結合強度大幅度提高,氣孔率大幅度降低,涂層殘余應力減小,涂層質量明顯改善。

        項目 粉末火焰噴涂 絲材火焰噴涂 電弧噴涂 等離子噴涂 高溫火焰噴涂(HVOF) 真空等離子噴涂(VPS/LPPS)
        火焰溫度℃ 3100 3100 4100 5000-10000 2900 5000-12000
        顆粒飛行速度 50-70 100-120 150-170 200-600 600-1000 400-800
        結合強度MPA 重熔>70
        噴涂“14-18”
        21-42 28-50 35-70 60-90 >80
        空隙率% 7-12 3-8 3-6 0.5-3.0 0.5-2.0 0.1-1.0
        生產效果KGH-1 5-6 5-8 5-20 5-10 4-6 5-10
        生產成本 較低 較低 較高

        應用功能

        • 1、有目的地調整噴涂層的結構通過火焰能量與所用粉末相配合,可使噴涂層結構在從非常致密到極端多孔的寬泛范圍內變化。
        • 2、產生活性材料的噴涂層(鉆)污和凹蝕借助真空室內殘余氣體的條件與等離子氣的摻雜,可以用活性材料生產極純的噴涂層。
        • 3、獲得新的材料組合——金屬陶瓷涂層通過雙路噴入等離子火焰或借助預混的粉末,可使極不相同的兩種物質制取實際上是均質的、具有重要材料性能的保護層,由VPS技術產生了用硬質合金制取高結合力和致密組織的滑動和耐磨涂層的新前景。
        • 4、涂覆硬質材料碳化物、硼化物、氮化物及氧化物由于VPS等離子射束中較高的能量,對硬質材料涂層開辟了全新的應用領域。
        • 5、制取極厚的噴涂層涂覆時的沉積速度與溫度控制是在高涂層厚度范圍內產生穩定涂層的關鍵。
        應用功能

        實際案例

        人工關節表面真空等離子弧噴涂Ti、HA涂層
        在Ti或其合金基材上沉積的等離子噴涂鈦(Ti)、羥基磷灰石(HA)涂層已在臨床上獲得應用。等離子弧噴涂是一個高溫過程,粉末在噴涂過程中會發生較為復雜的物理、化學變化。等離子弧噴涂HA涂層與其噴涂粉末相比,會發生結構和組成的改變,并導致涂層結晶度的降低。在高于500℃的環境中,Ti很容易與O2、H2、N2以及CO2反應。由于等離子弧射流溫度極高(高達10000℃),在大氣中進行等離子弧噴涂時,Ti會與周圍氣氛發生反應。噴涂過程中產生的反應產物往往會降低涂層的延展性,并導致材料產生裂紋,真空等離子弧噴涂與大氣等離子弧噴涂相比較,具有射流速度快、溫度較低、噴涂室氣氛可控等特點,所制備的涂層比較致密、含氧量低、成分與粉末較為接近。采用真空等離子噴涂技術可以制備性能優良的Ti和HA涂層。
        航空發動機的表面噴涂
        隨著高推重比發動機的研發,其使用環境越來越苛刻,使用壽命和可靠性要求也越來越高,如:美國新型發動機壽命達到3000h,大型軍用運輸機、客機發動機壽命達到數萬小時,未來軍用發動機空中停車率為0.01‰~0.06‰飛行小時,民用發動機為0.002‰~0.02‰飛行小時,由上述數據可以斷定如想提高發動機使用壽命和可靠性,單純依靠材料本身性能已不能滿足要求,因此必須對相關零件進行表面防護。高能束流表面工程技術主要利用激光、電子束、離子束及等離子體等高能量密度束流使材料表面改性或在材料的表面形成防護或功能涂層,以提高零件的壽命或使用性能。
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