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全球最大的真空等离子喷涂(VPS)涂层系统与真空干燥技术 2017-11-06 14:27:11             来源:普旭(Busch)
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目前,Medicoat 公司已向美国一家研究所交付了世界上最大的真空等离子喷涂(VPS)涂层系统。真空等离子喷涂(VPS)是一种在真空中,表面可以涂 上等离子增强的涂层过程。这个过程可以给表面某些特性,而载体材料却不会改变。在真空室容积为 19,000 升的情况下,这个系统不仅是最大的真空等离子喷 涂(VPS)系统,而且是该公司完全使用普旭(Busch)提供的干式真空技术——干式螺杆真空(COBRA)的首次尝试。

全球最大的真空等离子喷涂(VPS)涂层系统与真空干燥技术

图 1 等离子燃烧器的工作电流是 3,000 安培

Medicoat 公司在瑞士已经有 30 年的各种涂层工艺的经验。在瑞士 Magenwil 的网站上, Medicoat 作为合同涂布机向它的客户提供使用了热 喷涂的不同涂层。他们主要从事真空等离子喷涂(VPS)涂层,大气等离子喷涂(APS)涂层和超音速火焰喷涂(HVOF)涂层(高速氧燃料)。

在构建自己的涂层系统的过程中,Medicoat 使用了多年来在复杂的涂层过程中积累的经验。"热喷涂系统"工厂位于瑞士的 Wohlen。真空等离子喷涂 (VPS)涂层系统以及大气等离子喷涂(APS)和超音速火焰喷涂(HVOF)系统都是在这里设计和建造的。Medicoat 的强大之处在于,它满足各个 客户的具体要求搭建定制化的涂层系统。在此过程中,处理室、气体流量、真空供应以及控制和冷却的大小都是单独设计的。起初,Medicoat 主要活跃于医 疗技术领域,并利用真空等离子喷涂(VPS)过程为植入物创造了生物兼容的涂层,为骨细胞生长提供了最好的条件。与此同时,Medicoat 为许多领域提 供了覆盖涡轮机叶片涂层的涂层系统,在此过程中,该工艺在高温下提供了很高的耐蚀性。Medicoat 公司目前在 Magenwil 和 Wohlen 有 70 名 员工,95%的生产系统都是出口的。

技术上要求的真空等离子喷涂(VPS)系统涂层工艺要求有一个双壁的水冷式真空室。待涂覆的部件放在里面,然后关闭处理室。真空系统将腔室排出压力为 0.08 毫巴。这确保了大气中的氧气和附着在部件上的水蒸气完全被疏散,不会对部件产生负面影响。这也为产生极其纯净的气体环境创造了条件。接着,处理室 与氩气的压力会被刷新到 100 毫巴,然后进一步疏散到 1 毫巴。

只有当工艺气体混合物进入,等离子燃烧器被开启时,实际的涂层才会开始。这是针对个别涂层和材料进行定制的。涂层主要受能量输入、所使用的气体和气体混合物、温度、涂覆时间以及单个工艺步骤的压力水平的影响。

在高电流的情况下,等离子体产生了一种电弧,将能量转移到涂层上。喷雾粉末混合在气体射流中,液体液滴在 20,000 摄氏度的温度范围内形成,并被加速、 压缩和喷射到工件表面。真空室中的一个处理机器人在这个过程中移动等离子燃烧器(图 1),并确保所有部件均匀地喷洒。整个涂装过程大约需要 30 分钟。

这个由 Medicoat 已经建成的最大的涂层系统由一个直径 2.2 米、长度为 4 米的真空室组成。等离子燃烧器的工作电流是 3,000 安培,而不是在较小的系统中使用的 1,700 到 2,000 安培。

现在,Medicoat 正在利用真空技术开辟新的领域。由于对特定压力水平的精确维护对客户的涂层工艺非常重要,项目经理克里斯蒂安斯皮尔希 (Christian Specht)决定使用频率控制的 COBRA 螺杆真空泵作为真空系统的后备泵(图 2)。真空系统分为三个阶段。在每一种情况下,它由两个 Puma 真空助力 器组成,它预先压缩了被疏散的空气和冲水或过程气体,然后将它传送给另外两个额外正在并行工作的 Puma 真空助推器。因此,在气体混合物或气体被进一步压 缩在下游的 COBRA 螺杆真空泵之前,就会产生额外的压缩,从而达到系统的最终压力。使用的推进器的大小是协调的,以达到每小时 12,000 立方米的泵送 速度。真空系统能够迅速达到真空室中 0.08 毫巴的初始疏散所需的压力,但能够在所有压力范围内工作,达到 900 毫巴,并精确地维持该过程所需的设置点。

全球最大的真空等离子喷涂(VPS)涂层系统与真空干燥技术

图 2 普旭(Busch)的真空系统,有两种 COBRA 螺旋真空泵,作为后备泵,泵的速度为 12,000 立方米/小时。

除了频率控制驱动之外,COBRA 螺杆真空泵也有其他优点,即它们是水冷的。这意味着操作温度可以设定或被设定到一个温度范围,以防止过程气体在真空泵中 冷凝。这两种 COBRA 螺纹真空泵都连接到真空等离子喷涂(VPS)涂层系统冷却水系统。这也为整个系统提供了电离冷却的水。由于水的冷却,没有任何热量 的释放。COBRA 螺杆真空泵以完全干燥的工艺运转。这意味着,它们不需要在压缩腔内操作流体,可以与过程气体混合。

Medicoat 在真空技术领域已经使用普旭(Busch)真空泵和真空系统 25 年,他们一起设计了每一个真空系统。在这个过程中,对于项目经理克里斯蒂 安斯皮尔希特(Christian Specht)而言重要的是,普旭(Busch)可以在位于阿格州马格登市的瑞士的普旭(Busch)公司的网站上确保有能力、快速和不复杂的咨询。对他 来说,普旭(Busch)在 42 个国家的 60 家公司中提供了一个全球服务网络,这一点很重要。因此,他们建议所有的客户在安装新的涂层系统时与他们所在国 家的普旭(Busch)合作,并签订一份维修合同。这确保了全世界快速可靠的服务。

到目前为止,Medicoat 主要使用的是真空系统,该系统使用 R5 旋转叶片真空泵作为其涂层系统的支持泵。克里斯蒂安斯皮尔希特(Christian Specht)认为这些油润滑的真空泵是他系统中非常可靠和强大的部件。由于设计,R5 旋转叶片真空泵只能在有限范围内使用频率控制,因此不可能在最大的 真空等离子喷涂(VPS)涂层系统中使用这种真空技术。

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