复合材料超音速等离子喷涂技术
技术详细介绍
技术详述
一、技术概述
1.新型等离子装置“科尔韦特-6”的开发和试制，使得向国内制造商提供喷涂具有一定用途的，由复合材料（金属、氧化物、碳化物等）构成的保护性涂层的创新技术成为可能。应当指出的是，目前在所产轧材保护性涂层的使用方面，俄罗斯落后于美国同类指标500倍！该工艺所用国产设备的价值，与国外知名的同类产品相比，低3到5倍（仅为其1/3到1/5）。
2.以现有的等离子装置（与“科尔韦特-6”样机连接）为基础，正在研发新的，旨在改进机器制造中零部件热处理硬化所用的现有窑场，改进冶金周期，并打造高效电化学电源的创新工艺。
二、技术原理
超音速等离子喷涂法，可用在金属制品表面上形成一种阻挡层，阻止侵蚀性介质的腐蚀作用，能够显著延长金属构件（尤其是管道）在工业环境或海水中使用时间，以及在强烈高温氧腐蚀和碳腐蚀条件下的寿命。因此产生了一个可能性，即制造一种新的，更有效的，更简洁的，用于包括进行燃油降解过程在内的冶金设备的可能性。这种情况下，该设备的工作表面装备的不仅仅是上述的保护性阻挡层，同时还可以另外具有重要的催化特性或，与之相反的阻化特性。
超音速工艺的特点是颗粒喷射到目标表面的速度高，达600-1700米/秒速度级，这就使获得附着力、密度和强度指标更高的喷涂层成为了可能。
特别指出的是该项工艺的新能力，能够给目标表面供给复合粉末材料，且不会在等离子体射流中被氧化和加热。同时有数据表明喷涂后金属层的微观组织具有高分散性。该层外表面上存在有高活性的多孔底层，这令人们考虑起将其用于对已知含锌复合材料和有机复合材料的阻隔性能进行进一步强化的可能性。
三、应用影响
（一）超音速喷涂特点
极高速度与相应的高动能，得出结果如下：对底板附着力高；内聚强度高；孔隙度最小。
在超音速喷涂时，气体速度高于2100米/秒。
（二）所制备涂层的可能应用
（1）保护金属制品表面不受腐蚀，包括在海水内。
1.1. 金属涂层的孔隙率（质量百分数）为0.5-2.0％（与之相对的是6-8%，而氧化物在亚音速等离子体中达15%）。
1.2. 铝锌（Al-16％，Zn-84％）薄涂层（10-30微米）表现出的耐腐蚀性，显著高于以前使用的较厚（150-300微米）锌涂层（液体镀锌，扩散性涂层）。
所制备涂层的检测结果，与已知的亚音速等离子体涂层有着显著的区别：
在机械强度方面 - 为1.5-2.0倍；
在耐磨损性方面 - 为10-15倍；
在附着力方面 - 为3-4倍；
在生产率方面 - 为2-3倍。
（2）金属制品的耐热保护，可用在冶金行业；其腐蚀防护可用在化工行业。
（3）电气工程和动力工程上的复合涂层。
高超音速等离子体装置，能够用氧化物材料制备薄涂层（实际上是δ= 10-30微米的薄膜）和致密涂层，包括固相电解质。将电化学发电机改为电解质薄膜阻挡层（10-30微米），其外形尺寸会减少到1/15-1/25。
目前，在俄罗斯科学院乌拉尔分院冶金研究所（叶卡捷林堡市）内，等离子试验台“科尔韦特-4”正处于试运行阶段，以其为基础将打造现代化工业版等离子装置“科尔韦特-6”，该装置将配有专门的喷涂用粉末处理系统，和能够在超音速和高超音速模式下保持规定操作规程的全自动化控制系统。其组成内还包括一套独创的等离子体发生器，该等离子体发生器可用于喷涂外表面 - 生产率（按重量算）为30公斤/小时（喷涂面积-150平方米/小时），以及直径达100-120毫米的内表面和精密加工，包括在高超音速模式下。这些等离子体发生器的一个特征，是能够有效调节等离子射流的氧势，这使得消除粉末复合材料（内含与氧和碳亲和势很高的金属）的部分氧化现象成为了可能。
技术优势
本技术具有以下优点：
高度集中的喷涂气流，兼有调节中性、氧化性或还原性气氛的功能；
喷涂材料不受高温（过热）损害，无相变；
微细粉末颗粒不燃烧；
非常高的喷涂粉末速度（400-800米/秒）；
极高的附着力；
最小的孔隙度（小于0.5％）；
无需后续的热处理；
非常坚硬（71 HRC - 1350 HV0,3）；
涂层表面粗糙度低（N8/N7）；
在金刚石磨削时，表面粗糙度RT可以达到小于1微米；
喷涂零件温度低，最高为150℃。结构无扭曲和变化。
适用对象
本技术可应用于：
保护金属制品表面不受腐蚀，包括在海水内；
金属制品的耐热保护，可用在冶金行业；其腐蚀防护可用在化工行业。
电气工程和动力工程上的复合涂层。