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產品詳情 
超音速高能等離子噴涂的基本原理是利用專門設計的噴槍與噴嘴，一次或多次供入較高壓力，大流量的工作氣體，一級或多級噴嘴拉長電弧，使電弧受到強烈的壓縮，從而得到能量密度非常高的超音速等離子射流。超音速高能等離子噴涂就是利用這種超音速等離子射流加熱、加速噴涂材料而獲得高質量涂層的工藝過程。
CYS系統(tǒng)主要由超音速高能等離子噴槍、多功能電、氣控制柜、80kW高電壓逆變電源、制冷機以及送粉器等組成。系統(tǒng)組成與連接分別如圖1、圖2所示。
圖1 CYS系統(tǒng)組成
圖2 CYS系統(tǒng)連接示意圖
超音速高能等離子噴槍科學應用單陽極拉伐爾噴管技術，在較低能耗下得到了高能量密度、高穩(wěn)定性的超音速等離子射流。采用以機械壓縮為主、氣動力壓縮為輔的射流加速方案。依靠對電弧初始段的強烈壓縮效應迫使陽極斑點前移來拉長電弧，實現(xiàn)對電弧區(qū)段的加速，突破了傳統(tǒng)的雙陽極結構逐級拉長電弧，對焰流區(qū)加速為主的方案，同時也避免了拉伐爾噴嘴型面直接作陽極而易燒噴嘴的難題，噴嘴工作穩(wěn)定、壽命長。采用內送粉、雙溫區(qū)結構設計，可直接將噴涂粉末送到等離子焰流的不同溫區(qū)，不但相對目前國內外通用的外送粉方式，有效提高了等離子弧熱能利用率，提高了涂層沉積率，較好解決了普通內送粉噴槍易堵嘴的技術難題，而且可制備高熔點的氧化物陶瓷涂層、金屬陶瓷涂層及低熔點的自熔合金涂層，還可制備易于高溫失碳的碳化物涂層。噴槍結構緊湊、輕巧，重量功率比（G/W）小，便于裝配、調節(jié)；性能穩(wěn)定，電極和噴嘴使用壽命長，可維修性強，易損件更換容易；機動和手動操作互換方便，無需更換槍座。
1. 主要組件：
l 前槍體、槍座及內裝的絕緣體
l 超音速等離子外裝（B型）噴嘴
l 陰極體與鈰鎢合金陰極頭
超音速高能等離子噴槍如圖3所示。
圖3 超音速高能等離子噴槍
2. 主要性能參數(shù):
l ?*大使用功率：≤80 kW
l ?*大工作電壓：170 V
l ?*大工作電流：500 A
l ?主 氣Ar：壓力1.1-1.2MPa, 流量100-180 L/min
l ?次 氣H2：壓力1.0-1.1MPa, 流量0-25 L/min
l ?送粉氣Ar：壓力0.4-0.7MPa, 流量6-12 L/min
l ?粒子速度：350-650 m/s
l ?冷卻水：壓力0.7-1.0MPa，流量≥15 L/min
3.1.2 總控制柜
總控制柜是洛陽銘天再制造科技有限公司自行研制的超音速高能等離子噴涂系統(tǒng)專用的控制設備，具有布局合理，使用方便，性能穩(wěn)定，安全可靠等突出優(yōu)點。
總控制柜主要由三個部分組成：系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、氣體流量控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，總控制柜外貌如圖4所示。
| 特點： 在國內率先研制成功由PLC（可編程控制器）、電磁閥、氣動閥、2~4路質量流量計、數(shù)顯表等組成的電氣控制系統(tǒng)。采用PLC（可編程控制器）對超音速高能等離子噴涂的全過程實現(xiàn)時序自動控制，當設備需要增加功能時，將很方便地實現(xiàn)應用程序編制，并對系統(tǒng)狀態(tài)進行在線監(jiān)測。 采用觸摸屏綜合控制噴涂系統(tǒng)，并實時顯示噴涂過程的故障原因，聲光報警，使噴涂過程操作簡單、安全可靠。 采用NECT和NFPA碼安全控制，電器組件和氣動組件隔離；電器組件柜維持一定的正壓，保證電氣元器件清潔、散熱，運行安全可靠。 設置了“自動”和“手動”兩種操作模式，可以制備單一涂層，也可以制備多層或梯度復合涂層。 |
圖4 總控制柜 |
3.1.3 IGBT電源
IGBT電源是洛陽銘天再制造科技有限公司自行研制的超音速高能等離子噴涂系統(tǒng)專用電源，如圖5所示。
| 特點： 2010年，在熱噴涂領域率先開發(fā)、研制、應用具有自主知識產權的20kHz PWM全橋整流逆變技術（IGBT），解決了超音速等離子噴涂大功率（80 kW）、大電流（500A）、高工作電壓（170V）、連續(xù)工作時間長和高頻干擾強等技術難點。電源設有近控和遠控功能，近控采用電源面板操控，遠控由控制柜控制，內置高頻引弧。采用風冷式熱管散熱器件，散熱效果好。 性能參數(shù) 2 恒流時精度 <1% 2 恒功率時精度 <5% 2 *大輸出電流 500A 2 *高工作電壓 170V 2 *大功率 80 kW 2 負載持續(xù)率 100% |
圖5 電源 |
3.1.4 送粉器
該送粉器是為超音速高能等離子噴涂系統(tǒng)專配的重要部件，其外貌如圖6所示。
| 特點： 該送粉器內部承壓高。在控制方面采用了電子調速、可控硅控制調節(jié)盛粉桶振幅、電子顯示、液晶顯示等電子技術。送粉器既可和主控制柜聯(lián)動，也可以單獨使用。 性能參數(shù) 2 送粉距離 15 m 2 送粉粒度 0.02-0.2mm 2 *送粉速率 200 g/min 2 送粉精度 ±2% |
圖6 送粉器 |
3.1.5 制冷循環(huán)式熱交換機
制冷循環(huán)式熱交換機是超音速高能等離子噴涂系統(tǒng)專配的重要部件，其外貌如圖7所示。
| 特點： 針對CYS產生的熱量和對冷卻水溫度精度要求高的特點，機組內配有較大容量的不銹鋼水箱，增加了系統(tǒng)本身的蓄水量，減少了壓縮機的啟動頻率。風冷式冷水機組采用多臺谷輪全封閉壓縮機、瑞典阿伐拉法熱交換器、進口水泵。機組運行時噪音低，運行可靠，節(jié)能效果顯著。電腦全自動控制。機組使用方便，安全可靠，能夠較好的滿足噴槍按設定溫度冷卻的需要。 性能參數(shù)： 2 制冷量 25kW-30kW 2 電源 380V，50HZ 2 環(huán)境溫度 ≤35℃ 2 出水溫度 10℃~35℃可調，上下限溫度值±1℃可調 2 壓縮機電機 3.75 kW×2，2900 rpm 2 水泵電機 1.1 kW×2，2900 rpm 2 風機電機 0.55 kW×2，2900 rpm 2 使用工質 R22 2 外型尺寸 1600mm長×1080mm寬×1920mm高 2 機組重量 400 kg（25kW） |
圖7 制冷循環(huán)式熱交換機 |
水質要求（去離子水）：
l ?PH值范圍（25℃） 5.0-7.5
l ?可氧化物質（以（O）計） <0.4 mg/L
l ?導電率（25℃） ≤0.50 mS/m
l ?蒸發(fā)殘渣（105±2℃） ≤2.0 mg/L
4. 噴涂輔助系統(tǒng)
4.1 噴涂房+除塵系統(tǒng)
熱噴涂作業(yè)會產生高達130分貝以上的噪音，無論對操作人員還是整個車間都會產生嚴重噪音污染。因此，超音速高能等離子噴涂系統(tǒng)必須在專**業(yè)設計的噴涂隔音房中工作。再制造重點實驗室自主設計的噴涂隔音房技術參數(shù)如下：
l 隔音房內設備噪聲大于130dBA，要求距隔音房1米處噪聲≤80dBA
l 隔音房尺寸為4000(長)mm×3500(寬)mm×3000(高)mm
l 隔音墻面采用多重隔音材料疊加而成，內壁采用多孔鍍鋅鋼板，鋪有防火玻璃釬維布
l 隔音房的照度300lux，其照明需設備防爆
l 噴涂房內外預留用于安裝管線的通孔
噴涂房通風除塵系統(tǒng)包括吸、排塵管道、干式脈沖濾筒式除塵器、風機等，總處理風量大于8000 m3/h。
l 濾筒式除塵器：除塵單元集空氣動力分離與濾芯除塵新技術于一體，每個單元內設有一組垂直布置的錐形空氣動力分離器（一級除塵）及分層布置的濾芯除塵器（二級除塵），一級除塵效率90%，二級除塵效率99%，帶清理灰桶及小車，尾氣排放遠低于國家排放標準所規(guī)定的120 mg/m3。
l 高精密濾筒：高**效慮筒，結構緊湊，過濾面積是布袋除塵器過濾面積的30倍?？梢圆蹲?/span>0.5微米的極細塵粒，且表面光滑，不會粘附粉塵，更不會使粉塵滲透到濾材內部，實現(xiàn)表面過濾。同時，可以使積聚在濾材表面的粉塵在壓縮空氣反向脈沖的清灰過程中容易脫落。從而獲得較高的過濾效率、較長的使用壽命和較低的運行成本。
4.2 氣體供給系統(tǒng)（空壓機選配）
氣體供給系統(tǒng)主要為超音速高能等離子噴涂系統(tǒng)提供壓縮空氣、主氣（Ar）和輔氣（H2），壓縮空氣由壓縮機產生，為滿足系統(tǒng)工作要求，用戶需配有空氣壓縮機。
5. 安裝場地需求（甲方準備）
（1）水準備：制冷循環(huán)式熱交換機需用去離子水。
l 數(shù)量：1000 L；
l 水質：去離子水（見3.1.3節(jié)中熱交換機水質要求部分）。
（2）電準備：總配電容量250 kVA
l 配電箱安裝至乙方指定位置，距離地面1m高
l 配電箱內設置：總空開（刀閘開關）630A；二級空開共2個，均為3相5線，分別：1個400A， 1個120A。
（3）氣體準備：包括H2、Ar、空氣等，具體為：
l H2：6瓶；Ar：15瓶。
l 用戶需提供至少流量3m3/min、壓力0.8MPa的壓縮空氣。
（4）砂料準備：20#白剛玉砂1噸。
6. 典型涂層性能
表1 超音速高能等離子噴涂系統(tǒng)制備的幾種典型涂層性能
涂層材料 | 涂層性能 | |||
結合強度 (MPa) | 孔隙率 (%) | 顯微硬度 (HV0.3) | 備注 | |
Al2O3 | 25~33 | <2.5% | 900~1100 | 1. 涂層的具體性能可參考附件近年來發(fā)表的相關論文。 2. 隨著近年來CYS系統(tǒng)的噴槍、控制柜和電源等部件改進和升級，部分涂層性能相對已發(fā)布論文中的數(shù)據(jù)有所提高。 3. 因涂層材料的廠家和生產批次不同，部分涂層性能數(shù)據(jù)會有一些浮動。 |
WC-12Co | 50~65 | <2% | 950~1150 | |
Cr2O3 | 28~35 | <1.5% | 1000~1300 | |
NiCr-Cr2C3 | 60~70 | <1% | 950~1000 | |
Ti | 45~55 | <2% | 200~350 | |
Fe基非晶 | 50~60 | <1% | 800~950 | |
Al2O3+40%TiO2 | 30~40 | <2% | 850~950 | |
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