一、超音速等離子噴涂系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀

　　美國從20世紀(jì)80年代中期率先投入研究，到80年代后期，國際上對超音速等離子噴涂技術(shù)的研究仍處于起步階段。美國Browning公司在1986年推出了試驗研究型超音速等離子噴涂系統(tǒng)(P1azJet)，90年代中期美國TAFA公司將Browning公司的超音速等離子噴涂系統(tǒng)(P1azJet)商業(yè)化，并進(jìn)一步加大了噴涂功率，象征著當(dāng)時世界的先進(jìn)水平。它是通過大氣體流量(21m3/h)的氣動力提高射流速度，以大功率(270KW)保證射流的足夠熱焓值。這種設(shè)計思路造成了能量消耗大、能量轉(zhuǎn)換率低，以及噴涂成本較高，限制了其推廣運用。

　　1997年，我國河北涿州引進(jìn)了一套(P1azJet)系統(tǒng)。使用證明，該系統(tǒng)在噴涂速度和噴涂質(zhì)量上與常規(guī)等離子噴涂相比有明顯提高。但由于氣體和功率消耗量大，運行成本大幅度提高，因此不適合我國的實際國情。

　　裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國防科技重點實驗室瞄準(zhǔn)國際熱噴涂技術(shù)的發(fā)展前沿，結(jié)合國內(nèi)情況自行研制成功了低功率、小氣體流量的高效能超音速等離子噴涂系統(tǒng)(HEPJet)。突破了傳統(tǒng)的依靠提高功率和氣體流量來獲得超音速射流的方法；初次提出了在低功率、小氣體流量條件下實現(xiàn)超音速等離子射流的設(shè)計思路；發(fā)明了高效能超音速等離子噴涂槍；在國內(nèi)外率先研制出大功率(80kw)、高電壓(200V)逆變式等離子噴涂電源；配備了先進(jìn)的噴涂過程自動控制、故障自動監(jiān)測控制柜。該系統(tǒng)具有明顯的創(chuàng)造性、新穎性和實用性，其價格和運行成本只有美國TAFA公司的PlazJet高能高速等離子噴涂系統(tǒng)的l/3。高效能超音速等離子噴涂系統(tǒng)(HEPJet)的研制成功，使我國成為繼美國之后第二個能夠生產(chǎn)成套超音速等離子噴涂系統(tǒng)的國家，填補了我國自主制造超音速等離子噴涂設(shè)備的空白，并率先在國內(nèi)外將該系統(tǒng)推向工程應(yīng)用的前沿。而且提高了我國熱噴涂技術(shù)的發(fā)展水平，為我軍現(xiàn)代武器裝備提供了高科技的表面工程和綠色再制造手段，具有重大的軍事效益和經(jīng)濟效益，應(yīng)用前景廣闊。

　　該系統(tǒng)總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中心技術(shù)——高效能超音速等離子噴槍在國際上名列前茅。獲得了國防發(fā)明專利，專利號：01101077.0。2002年獲得全軍科技進(jìn)步一等獎，2003年獲得國家科技進(jìn)步二等獎。

二、高效能超音速等離子噴涂系統(tǒng)(HEPJet)

　　1．系統(tǒng)組成

　　HEPJet系統(tǒng)主要包括：中心部件——超音速等離子噴槍、HEPJ－Ⅱ型逆變式等離子噴涂電源、PLC過程控制與狀態(tài)點監(jiān)測和報警控制柜、循環(huán)冷卻制冷式熱交換器、螺桿推進(jìn)式送粉器及水電氣分配器等部件。

　　2．超音速等離子噴涂系統(tǒng)的特點

　　(1)突破傳統(tǒng)的依靠大功率、大氣體流量來獲得超音速射流的思想，科學(xué)應(yīng)用單陽極拉伐爾噴管技術(shù)，采用獨具特色的低功率、小氣體流量的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在較低的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。

　　(2)采用以機械壓縮為主、氣動力壓縮為輔的射流加速方案，降低了氣體流量。應(yīng)用拉伐爾噴管技術(shù)，依靠對電弧初始段的強烈壓縮效應(yīng)迫使陽極斑點前移來拉長電弧，從而實現(xiàn)對電弧區(qū)段的加速。突破了傳統(tǒng)的雙陽極結(jié)構(gòu)逐級拉長電弧、僅對焰流區(qū)加速的方法。攻克了拉伐爾噴嘴型面直接作陽極而易燒噴嘴的難題，提高了噴嘴的工作穩(wěn)定性和使用壽命。

　　(3)采用內(nèi)送粉結(jié)構(gòu)，可直接將噴涂粉末送到等離子焰流的高溫區(qū)。相對目前國內(nèi)外通用的外送粉方式下存在的粉末加熱不均、沉積效率低等問題，有效提高了等離子弧熱能利用率，改善了粉末的熔化狀況，提高了涂層沉積率，并較好地解決了普通內(nèi)送粉噴槍易堵嘴、粘嘴的技術(shù)難題。

　　(4)噴槍工作電壓適用范圍寬(60～220V)，可使用不同的工作氣體種類(Ar、N2、Ar+H，及N：+H2)。通過對電參數(shù)和氣體流量的合理匹配，可實現(xiàn)等離子射流熱焓和速度的大范圍調(diào)節(jié)，滿足噴涂不同性能材料的需要?？芍苽涓呷埸c的氧化物陶瓷涂層、金屬陶瓷涂層、常用的自熔合金涂層以及易于高溫失碳的碳化物涂層等，具有很寬的材料適用范圍和應(yīng)用范圍。

　　(5)可多次修復(fù)使用的陰極頭設(shè)計和陰陽極間隙調(diào)節(jié)功能，是現(xiàn)有超音速等離子噴槍和普通等離子噴槍所不具備的功能與特點。

　　(6)槍體結(jié)構(gòu)合理，具有體積小重量輕、可維修性和可操作性強等特點，能夠方便地實現(xiàn)手持和機裝作業(yè)兩種功能。