??
國內外等離子噴涂設備現狀及發(fā)展趨勢
張東,郝勇超
摘要：介紹了幾種國內外具有代表性的等離子噴涂設備及其最新發(fā)展動態(tài)。
關鍵詞：等離子噴涂設備,軸向送粉,多功能集成技術,控制系統(tǒng)
等離子噴涂技術是隨著現代航空、航天技術的出現而發(fā)展起來的，已廣泛應用于航空、航天、軍事、紡織、機械、電力、生物工程等各個領域，是一項應用相當廣泛的熱噴涂技術。隨著全球經濟的復蘇，熱噴涂技術，特別是等離子噴涂的工藝及設備又重新興起，國外各噴涂設備廠家都在抓住機會不遺余力地進行新設備的開發(fā)和市場開拓工作，國內也出現新的競爭局面。總體來說，當前國外先進的等離子噴涂設備發(fā)展方向有軸向送粉技術、多功能集成技術、實時控制技術。
1 國外等離子噴涂設備
1.1 Axial III型等離子噴涂設備
Axial III三電極軸向送粉等離子噴涂系統(tǒng)
Axial III為加拿大Mettech公司開發(fā)出的三陰極軸向送粉等離子噴涂系統(tǒng)。傳統(tǒng)的槍外送粉方式是將粉末從徑向送入等子焰流，這樣就會有部分粉末穿過或沒有進入等離子焰，降低了粉末的沉積效率，又影響了涂層質量。而Axial III則可完全避免這些缺點。Axial III軸向送粉噴槍包括3對相互獨立的陽極和陰極，噴槍起弧后3個電弧通過集束器在噴嘴處匯集，粉末通過一根位于噴槍軸向的送粉管送入噴嘴匯集處，從而實現真正意義上的軸向送粉。與傳統(tǒng)的槍外送粉等離子噴涂設備相比，Axial III的主要優(yōu)點是高沉積效率、高送粉速率、低孔隙率和較高的涂層硬度，且對粉末粒度分布要求不高。如用Axial III噴涂Cr 2O 3時的沉積效率為45%～75%，送粉量為30～
Axial III 工作原理
目前看來，采用傳統(tǒng)的槍外送粉方式已很難使涂層質量得到較大的提高。而Axial III實現了真正意義上的軸向送粉，有可能使等離子噴涂涂層質量邁上一個新臺階。
1.2 Multicoat 型等離子噴涂設備
Multicoat為全球最大的熱噴涂公司——瑞士SulzerMetco公司研制的最新型的等離子噴涂設備。Multicoat的設計基于“平臺”概念，即使用相同的主平臺，配備不同的軟硬件及相應組件，可以實現不同的噴涂工藝。主平臺由操作臺、過程控制中心和氣體管理中心組成，這是SulzerMetco第一次將PC機的先進性（過程再現、數據管理）和PLC的穩(wěn)固性結合起來。Multicoat可以進行大氣等離子噴涂（APS）、真空等離子噴涂（VPS）和超音速火焰噴涂（HVOF）。在系統(tǒng)配備上，Multicoat包括操作臺、過程控制中心、氣體管理中心、熱交換器、送粉器、轉接柜、電源、噴槍等。與以前的等離子噴涂設備相比，Multicoat將氣體部分獨立出來，這樣既可以避免其他電路對質量流量計的干擾，又可以避免氫氣泄漏發(fā)生危險，提高了系統(tǒng)的安全性。
1.3 5500-2000型等離子噴涂設備
5500-2000為美國PRAXAIR-TAFA公司開發(fā)的等離子噴涂系統(tǒng)。5500-2000采用專有軟件實時控制和監(jiān)測等離子弧的實際能量，即凈能量。采用凈能量算法可以使等離子噴涂系統(tǒng)的閉環(huán)控制提高到一個新的水平。操作者鍵入優(yōu)化參數后，控制模塊控制整個工藝過程，監(jiān)測和實時顯示噴槍效率，使系統(tǒng)參數根據噴槍條件而反應，并作出相應調節(jié)以維護目標等離子體能量，提供穩(wěn)定的能量輸出水平。
此外，PRAXAIR-TAFA公司還開發(fā)出了類似Multicoat的多功能噴涂系統(tǒng)GTS，和大功率等離子噴涂系統(tǒng)PlazJet（噴涂功率可以達到200kW），其中GTS可以進行等離子噴涂、超音速火焰噴涂和電弧噴涂。PlazJet在國內已有數家用戶。
2 國產等離子噴涂設備
2.1 GP-80型等離子噴涂設備
GP-80型等離子噴涂設備是由北京航空制造工程研究所在20世紀70年代研制成功的等離子噴涂設備，其組成部分為采用繼電器和浮子流量計控制的GDP-K型控制柜、磁放大器二極管整流的GDP-80型電源、自來水冷卻的SR-1型熱交換器、送粉輪式SF-1型送粉器、PQ-1S手提式噴槍、PQ-1J機裝式噴槍，其操作簡單，保護環(huán)節(jié)完善，代表了當時國產等離子噴涂設備的最高水平，為國家科委重點推廣等離子噴涂技術作出了貢獻。后來通過技術轉讓，該設備成為國產等離子噴涂設備的主流產品，目前該型號的設備仍占國產等離子噴涂設備的80%以上。
2.2 APS-2000型等離子噴涂設
APS-2000為北京航空制造工程研究所最新研制的等離子噴涂設備。由于GP-80電源、熱交換器效率較低，電流及氣體流量控制精度較低等缺點，使噴涂涂層的質量不十分穩(wěn)定，難以滿足對高質量涂層的要求。因此，北京航空制造工程研究所高能束流重點實驗室于1995年研制了新一代APS-2000型等離子噴涂設備。該設備采用了許多新技術，其主要組成部分為采用PLC和質量流量計的APS-2000K型控制柜、可控硅整流的K-800型電源、氟里昂制冷式風冷FL-1型熱交換器、高精度容積式DPSF-2型送粉器、PQ-1S手提式噴槍、PQ-1J機裝式噴槍和轉接柜（水、電、氣路的轉接處，可防止相互干擾，提高了系統(tǒng)的安全性，并可隨噴槍靈活移動），總體性能達到國外20世紀90年代水平，代表了目前國產等離子噴涂設備的最高水平。
3 結束語
隨著我國經濟實力的增強，材料工件的保護已越來越受到人們的重視，國內對等離子噴涂設備及工藝的需求也大大增加。總體來說，與國外先進的等離子噴涂設備相比，目前國產設備還有一定差距，主要表現在控制系統(tǒng)方面。目前北京航空制造工程研究所高能束流重點實驗室正在研制更先進的PC+PLC控制系統(tǒng)，希望能逐漸縮短國產等離子噴涂設備與國際先進水平的差距。
