2.1超音速电弧喷涂的原理

超音速电弧喷涂的原理是：燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉伐尔喷嘴加速后的超音速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小分布均匀的粒子，喷向工件形成涂层。

喷涂时，相交成一定角度（通常为30°~60°）连续送进的两根丝材，分别接电源的正负极。丝材端部短接的瞬间，接触起弧；在电源的作用下，电弧保持稳定燃烧；在电弧发生点的背后，经拉伐尔喷嘴加速后速度达到超音速的气流使熔化的丝材脱离并雾化为粒子，在超音速气流的作用下喷射到经过预处理的基材表面形成涂层。

与普通电弧喷涂一样，超音速电弧喷涂是一个不断重复进行的熔化-雾化-沉积的过程，但在雾化方式上，超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂有差别。普通电弧喷涂采用亚音速雾化，而超音速电弧喷涂采用超音速雾化，与亚音速雾化相比，超音速雾化的雾化效果好，雾化后的粒子细小均匀，速度高，有利于获得高质量的涂层。

超音速雾化可以提高粒子的速度，粒子的速度是粒子与气流之间气动力作用的结果，而气动力的大小与气流速度的平方成正比，超音速电弧喷涂通过采用拉伐尔喷嘴，将气流的速度从亚音速提高到超音速，加强了气流对粒子的加速效果，从而提高粒子的速度。在电弧喷涂中，粒子速度对涂层的性能有很大的影响。粒子速度高，粒子沉积时对基体的撞击作用强，粒子变形充分，有利于粒子与基体、粒子与粒子之间的结合，从而提高涂层的结合强度和涂层的内聚强度；粒子速度高，粒子沉积前在空气中的飞行时间短，飞行中产生的氧化物少，从而提高涂层的内聚强度，降低涂层的孔隙率。粒子速度越高，越有利于获得高质量的涂层，这一点，从热喷涂的发展历程也可以发现，随着热喷涂设备的更新换代，粒子的速度不断提高，涂层的质量也不断得到改善。

超音速雾化减小了粒子的粒度，降低了涂层的表面粗糙度。表面粗糙度是涂层的一项重要的性能指标，它取决于雾化后粒子的粒度，超音速雾化加强了气流与丝材端部熔化金属间的作用，雾化的粒子细小均匀，大大降低了涂层的粗糙度。

超音速雾化是超音速电弧喷涂的出发点，是超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂的根本区别。由于采用了拉伐尔喷嘴，提高了粒子的速度，减小了粒子的粒度，所以，制备的涂层结合强度高，孔隙率低，表面粗糙度低。

超音速电弧喷涂设备包括电源、喷枪、送丝机构及其他附件，关键设备是超音速电弧喷枪。

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