プラズマ溶射は、材料を溶解して基板上に堆積させるための熱源としてアーク プラズマを利用する高度なコーティング プロセスです。この方法は、耐食性、耐熱性、耐摩耗性、電気絶縁性の向上など、材料の表面特性を向上させるためにさまざまな業界で広く適用されています。ここでは、プラズマ溶射がどのように実行されるかを詳しく説明します。
プラズマ溶射は、アークプラズマ生成の原理に基づいて動作します。アークは、通常は非消耗材料で作られた 2 つの電極間に発生し、熱源として機能します。アルゴン、窒素、水素などのガスの流れがアークを通過します。このガスはイオン化され、10,000 ～ 20,000 °C の範囲の非常に高い温度に加熱され、プラズマ ジェットを形成します。プラズマ ジェットはノズルから出て、コーティングが塗布される基板上に向けられます。
電極間にアークを発生させるために高電圧電源が使用されます。
アークは、通常は数十から数百アンペアの範囲の安定した電流の流れによって維持されます。
不活性ガスまたは反応性ガスがプラズマ トーチに供給されます。
ガスはアークによって加熱およびイオン化され、高温のプラズマ ジェットを形成します。
プラズマ トーチは、プラズマ スプレー システムの中心的なコンポーネントです。
この中には電極と、プラズマ ジェットが出るノズルが収容されています。
原料は粉末、ワイヤー、ロッドの形でプラズマ ジェットに導入されます。
材料はプラズマによって加熱されて溶融し、溶融した液滴は基板に向かって加速されます。
基材は洗浄され、コーティングが良好に接着するように準備されます。
コーティングプロセス中の熱衝撃を軽減するために予熱される場合があります。
プラズマ溶射プロセスの手順
基板は原料の融点に近い温度まで予熱されます。
これは、熱応力を軽減し、コーティングと基材間の接着を改善するのに役立ちます。
原料材料は、粉末フィーダーまたはワイヤまたはロッドの溶融によってプラズマ ジェットに導入されます。
高温プラズマにより材料を瞬時に加熱・溶解します。
溶融液滴はプラズマ ジェットによって基板に向かって加速されます。
液滴が基板に当たると、広がって平らになり、コーティングの層が形成されます。
このプロセスを繰り返し、複数の層を堆積させて、所望のコーティング厚さを達成します。
所望のコーティング厚さが達成されたら、プラズマトーチをオフにします。
コーティングされた基材は、亀裂や内部応力を避けるためにゆっくりと冷却されます。
ガスの種類と流量: ガスの種類と流量は、プラズマの温度とジェット速度に影響します。
電源とアーク電流: アーク電流は、プラズマ温度と材料の溶解速度を制御します。
原料材料の特性: 原料材料の化学組成、粒子サイズ、融点は、コーティングの特性に影響します。
スプレー距離とノズルの設計: ノズルと基板間の距離とノズルの設計は、コーティングの均一性と蒸着速度に影響します。
プラズマ溶射は、次のような幅広い用途で使用されます。
耐食性と耐摩耗性: 表面を腐食や摩耗から保護するために、セラミックや金属酸化物などのコーティングが施されます。
遮熱コーティング: ジルコニアなどのコーティングは、断熱を提供するために航空宇宙産業や自動車産業で使用されています。
電気絶縁: 絶縁特性を高めるために、アルミナなどのコーティングが電気部品に適用されます。
生体用コーティング: ハイドロキシアパタイトなどのコーティングは、生体適合性を向上させるためにインプラントに使用されます。
プラズマ溶射は、高温プラズマを利用して材料を溶かして基板上に堆積させる、多用途かつ強力なコーティング プロセスです。ガスの種類、アーク電流、原料材料、スプレー距離などのプロセスパラメータを注意深く制御することにより、異なる特性を持つ幅広いコーティングを生成できます。このテクノロジーは、コンポーネントや製品の性能と耐久性を向上させるために多くの業界で不可欠です。
