100HE是一把真正意義上的超音速等離子噴槍

熱噴涂技術(shù)的不斷進步，高品質(zhì)涂層產(chǎn)品的市場需求不斷擴大，制造商追求高端涂層的制造技術(shù)和裝備的興趣也在不斷地提升。在持續(xù)不斷的發(fā)展過程中，創(chuàng)新表面（Progressive Surface） 公司的引起了越來越多的涂層工作者和涂層產(chǎn)品制造商的關(guān)注。

高端涂層的可靠性極高，不但在功能上能滿足要求，而且在涂層的使用壽命上有大幅提高。100HE等離子噴涂設(shè)備就是這類制造高端涂層的高端裝備。100HE是新型的計算機集成的熱噴涂（Computer Integrated Thermal Spray –CITS）系統(tǒng)，它大大提高了等離子噴涂的生產(chǎn)率和可控性。

100HE噴槍采用了全新的槍體結(jié)構(gòu)設(shè)計，成功地實現(xiàn)了等離子噴槍在高電壓、低電流下運行的理想模式，大幅度地提高了易損件的服役壽命，槍上功率高達100 kW，更為重要的是噴槍能生成超音速的等離子焰流，一連串明亮的馬赫節(jié)和長長的集束噴涂粒子流成為100HE噴槍最顯著的標志性特征。由于CITS對系統(tǒng)功率、工作氣體（氬、氮、氦、氫）及送粉氣體實施了閉環(huán)控制，100HE噴槍能在產(chǎn)量很高時仍能噴涂出高質(zhì)量的涂層。CITS不論是在技術(shù)先進性上還是在工藝適應性上均已成為行業(yè)中的全球領(lǐng)先者。

創(chuàng)新的槍體構(gòu)造—集約式等離子發(fā)生器，高電壓、低電流、大功率的理想模式

100HE是一把大功率、高熱焓、超音速的等離子噴槍，引人注目的是100HE還是目前國際市場上唯一一把能量為100kW的商用高焓等離子噴槍。它采用創(chuàng)新的噴槍結(jié)構(gòu)，成功地實現(xiàn)了人們“加大噴槍功率、降低電弧電流”的科技設(shè)想。高電壓低電流對等離子噴槍的益處是極為明顯的。

主要優(yōu)點：

高電壓小電流電弧等離子體雖然對等離子噴槍極為有利，但是在工程上實現(xiàn)卻有極高的難度。

1. 由于電弧的電壓與電弧的弧柱長度成正比，電弧電流也與弧柱的斷面大小成正比。低電壓大電流的電弧粗而短，較易穩(wěn)定，而高電壓小電流的電弧則細而長，電弧的生成、自持和控制均不易。
2. 為了獲得足夠高的電弧電壓，噴槍陰、陽極間的距離高達70mm。在這樣長的距離間和高速運動的氣流中維持一小電流電弧并保持穩(wěn)定有著較高的難度。
3. 用于噴涂的電弧必須是一剛性電弧，因此這一電弧等離子同樣亦需經(jīng)受機械壓縮、電磁壓縮和冷壓縮，以期獲得理想的焰流速度。陰、陽極間的電弧通道中氣體的流動特性、器壁的冷卻狀態(tài)以及幾何尺寸和表面情況的細微變化都會對電弧的穩(wěn)定產(chǎn)生影響。
4. 100HE采用了創(chuàng)新的噴槍結(jié)構(gòu)和精確的電氣控制，在高電壓低電流等離子噴槍上首先取得了成功。本文就100HE噴槍的結(jié)構(gòu)作一簡要介紹。

1. 100HE噴槍的槍體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)簡圖如下。圖1.　100HE噴槍結(jié)構(gòu)簡圖，圖中左邊為陰極體，中間部分為絕緣體和等離子發(fā)生器，右端是噴嘴。
2. 組合式氣流分配環(huán)。陰極體前端伸出部分的端部為鎢質(zhì)陰極頭，伸出部分的側(cè)面開有特殊形線的凹槽。當與等離子發(fā)生器中的絕緣體上的陶瓷環(huán)組合起來后，就形成了一個氣流分配環(huán)，能使工作氣體按設(shè)定的方式流動。與其他噴槍專設(shè)的氣流分配環(huán)相比，其對中性好，定位更準確，而且不易損壞。
3. 組裝精度高。絕緣體和等離子體發(fā)生器是同軸安裝，精度高。等離子發(fā)生器為組合式，其結(jié)構(gòu)獨特。它內(nèi)部由管狀電弧壓縮器，隔離器（分隔器），鎢質(zhì)3環(huán)并列式環(huán)狀陽極等零件組成。
4. 陰/陽極的單一結(jié)構(gòu)。當以上這兩部分組合起來后，噴槍內(nèi)就可形成電弧，并產(chǎn)生電弧等離子焰流用于噴涂。100HE的這種結(jié)構(gòu)適用于所有的工作模式，不必作任何改變。也就是說100HE不象一些傳統(tǒng)的噴槍那樣具有許多種繁雜的陰/陽極配置，其槍內(nèi)只有這一種陰/陽極硬件組合，從而簡化了噴槍結(jié)構(gòu)，提高了噴槍的工藝適應性。
5. 分立式噴嘴。常規(guī)的市售等離子噴槍均把陽極和噴嘴合為一體。這種噴嘴/陽極的分立式結(jié)構(gòu)是100HE又一個創(chuàng)新。分立式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點之一是送粉的氣流不干擾電弧等離子過程，粉末束流也不對陽極產(chǎn)生沖刷。而且獨立后的噴嘴可以適應更多的粉末注入方式。
6. 多種送粉方式。有不同孔徑的槍外送粉噴嘴，有槍內(nèi)徑向送粉噴嘴及槍內(nèi)軸向送粉噴嘴等多種送粉模式組合，能適應各種不同的需要。
   
   100HE采用傳統(tǒng)的單一陽極和單一陰極結(jié)構(gòu)，噴槍的結(jié)構(gòu)清晰、簡潔，使維護和保養(yǎng)較為容易。槍內(nèi)設(shè)置了有專利技術(shù)的集約式等離子發(fā)生器，采用了特有的長電弧穩(wěn)定技術(shù)，在真正意義上實現(xiàn)了高電壓、低電流的等離子噴槍。等離子噴槍的高電壓、長電弧技術(shù)是電弧等離子技術(shù)的重大突破。

1. 由于在噴槍上成功地實施了高電壓低電流技術(shù)，因而在小電流（低于400安）下亦可獲得很大的槍上功率，最大功率可達100kW。這就有利于噴涂難熔材料和提高噴涂生產(chǎn)率，特別適用于大型輥類工件的噴涂生產(chǎn)。
2. 典型的100HE的工藝參數(shù)見表1。

圖2：16小時內(nèi)100HE噴槍的電壓和電流變化情況

1. 涂層結(jié)合強度大于8000psi, 氣孔率小于1.5％；
2. 送粉率高達100g/min；
3. 噴涂材料的沉積效率高于90％；
4. 生產(chǎn)能力相當于2臺常規(guī)的HVOF裝置；
5. 低應力或壓應力涂層,涂層的可靠性高。

1. 噴槍功率：90kW；
2. 送粉速率：80g/min。

1. 涂層平均氣孔率0.58％，平均顯微硬度為1141Hv0.3。涂層顯微結(jié)構(gòu)見圖2。 

圖2：100HE噴涂的WC-12Co涂層的金相照片（200×）。

1. 噴槍功率：95kW；
2. 送粉速率：80g/min。

1. 氣體及流量：氬氣85L/min，氮氣56.6L/min，氫氣56.6 L/min；
2. 噴槍功率：95kW；
3. 送粉速率：50g/min。

1. 涂層應有極好的一致性和化學純度，以確保拋光表面的高質(zhì)量，確保雕刻微孔成形良好且尺寸一致。
2. 涂層還應足夠強度和韌性，使其在雕刻中不會發(fā)生開裂和破碎。

1. 設(shè)備能長時間穩(wěn)定地工作，而且量產(chǎn)能力（生產(chǎn)能力和沉積效率）強。輥子一旦開始噴涂，一般要求在噴涂過程中不能中途停頓，尤其是大型輥子的生產(chǎn)。
2. 激光雕刻要求涂層的一致性要好，因此涂層中的任何金屬夾雜物都會嚴重地影響雕刻質(zhì)量。應避免陽極噴嘴的燒損的銅沫和陰極的鎢微粒在涂層中的沉積。

1. 0.45″的噴嘴，
2. 氣體及流量：氬氣85L/min，氮氣47L/min，氫氣47 L/min；
3. 噴槍功率：95kW；
4. 送粉速率：100g/min。

圖3：100HE噴涂的Cr₂O₃涂層的顯微結(jié)構(gòu)圖片。

1. 100HE以其創(chuàng)新的槍體構(gòu)造獲得了卓越的技術(shù)性能，100HE的等離子噴槍采用超長的等離子體電弧和大比例的雙原子氣體，噴槍能生成高速、高焓的等離子焰流，槍上功率大，粒子速度高。CITS系統(tǒng)超強的控制功能使系統(tǒng)可長時間穩(wěn)定地工作。100HE噴涂系統(tǒng)特別適合于工廠進行大型工件的工業(yè)化生產(chǎn)。
2. 100HE采用先進的高電壓、低電流運行模式，大大減輕了噴嘴/陰極的燒損，從而使易損件壽命得以大幅度的得高。
3. 100HE創(chuàng)新的噴槍結(jié)構(gòu)，超強的CITS控制功能，多變的送粉方式，使噴涂系統(tǒng)具備了超寬的工藝窗口，從而使100HE具有了超乎尋常的優(yōu)越的工藝適應性，可以對每一種噴涂材料尋找出最適合的工藝配置。因而，100HE又特別適合于科研部門和大專院校的研究、開發(fā)活動，用來開發(fā)熱噴涂新材料，研究各種材料的等離子噴涂新工藝，以及各種參數(shù)下涂層結(jié)合的新機理和涂層材料發(fā)生的新變化。