超音速等离子喷枪原理如图。由后枪体输入的主气（氩气）和次级气（氮气或氮与氢的混合气）经气体旋流环作用，通过拉瓦尔管的二次喷嘴射出。钨极接负极，引弧时一次喷嘴接正极，在初级气中经高频引弧，正极转接二次喷嘴，即在钨极与二次喷嘴内壁间产生电弧，在旋转的次级气强烈作用下，电弧被压缩在喷嘴中心并拉长至喷嘴外缘。由于这样额作用，弧柱被拉长到100mm以上，形成弧电压高达400V，在弧电流为500A的情况下、电弧功率达200kW的扩展等离子弧。这样长的拉伸电弧对等离子气体能充分加热，使得有很高的热焓值。当极高温度的等离子气体离开喷嘴后，产生超音速等离子射流，使送入的喷涂粉末被有效地加温加速、撞击工件形成涂层。
大流量气体在耐热绝缘的陶瓷材料制成的气体旋流环的作用下，开始强烈地旋涡送气，旋涡气流中大部分冷气体沿着二次喷嘴壁面通过，增加了气流速度、压缩了电弧。强烈旋转气流还有助于使电弧阳极斑点转移，使喷嘴均匀烧损；另外，压力较高的冷气膜可增大对喷嘴的保护。除旋流气体压缩电弧外，二次喷嘴有效地强制水冷，热收缩作用使电弧进一步收缩。细长的二次喷嘴采用拉瓦尔管型，使得喷枪中高温气体进一步加速成为超音速射流。
超音速等离子弧喷涂功率高，气流量大，焰流热焓、速度极高，可喷涂任何高熔点陶瓷粉末，得到结合强度高、致密坚硬的涂层。
超音速等离子喷涂特点
（1）等离子射流速度高，功率大，喷枪热效率高。喷枪的热效率可达70%，而一般等离子喷涂在电弧功率达80kW时，热效率只有40%左右。
（2）由于喷嘴外等离子射流长度可达1m,粉末在弧焰中加热时间长，熔粒的飞行速度是一般等离子喷涂的6~8倍，使喷涂速率提高5~10倍。
（3）由于提高了焰流对喷涂粒子的热传输率，尤其是喷涂粒子动能提高，涂层质量明显由于常规等离子喷涂，与爆炸喷涂和超音速火焰喷图相近，涂层结合强度高，气孔率极低。例如喷涂WC-Co，涂层几乎没有气孔，加工后可达到镜面。
（4）可以喷涂任何高熔点的陶瓷材料，具有喷涂粉末及丝材的双重功能。
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