引言 ·

熱噴涂技術(shù)是一種將涂層材料（粉末或絲材）送入某種熱源（電弧、燃燒火焰、等離子體等）中熔化，并利用高速氣流將其噴射到基體材料表面形成涂層的工藝。熱噴涂涂層具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和隔熱等優(yōu)良性能，并能對(duì)磨損、腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進(jìn)行修復(fù)，在航空航天、機(jī)械制造、石油化工等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

熱噴涂技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)早期的瑞士，隨 后在前蘇聯(lián)、德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)得到了不斷的發(fā)展，各種熱噴涂設(shè)備的研制、新的熱噴涂材料的開(kāi)發(fā)及新技術(shù)的應(yīng)用，使熱噴涂涂層質(zhì)量不斷得到提高并開(kāi)拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。

主流的熱噴涂技術(shù)包括火焰噴涂技術(shù)，等離子噴涂技術(shù)，超音速火焰噴涂技術(shù)，電弧噴涂技術(shù)，超音速電弧噴涂技術(shù)以及冷噴涂技術(shù)。

等離子噴涂是一種材料表面強(qiáng)化和表面改性技術(shù)，可以使基體表面具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。

等離子涂技術(shù)是采用由直流電驅(qū)動(dòng)的等離子電弧作為熱源，將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并以高速?lài)娤蚪?jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面而形成附著牢固表面層的方法。

等離子噴涂技術(shù)是繼火焰噴涂之后大力發(fā)展起來(lái)的一種新型多用途的精密?chē)娡糠椒ǎ哂谐邷靥匦裕阌谶M(jìn)行高熔點(diǎn)材料的噴涂，噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結(jié)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。由于使用惰性氣體作為工作氣體，所以噴涂材料不易氧化。

目前隨著熱噴涂技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)際上等離子噴涂占有明顯優(yōu)勢(shì)，并已開(kāi)發(fā)出三陰極等離子噴涂、高能等離子噴涂、微弧等離子噴涂和懸浮等離子噴涂等多種新技術(shù)。

01 三陰極等離子噴涂

三陰極等離子噴槍由3個(gè)陰極和由幾個(gè)被絕緣的環(huán)體串聯(lián)組成的噴嘴組成，只有離陰極相對(duì)遠(yuǎn)的最后一個(gè)環(huán)體作為陽(yáng)極工作。由于從三個(gè)陰極到同一個(gè)陽(yáng)極產(chǎn)生的三個(gè)獨(dú)立電弧的長(zhǎng)度穩(wěn)定不變，三束等離子射流在匯流腔內(nèi)匯聚成一束主等離子流，形成空心管狀射流從噴嘴噴出，從而產(chǎn)生了穩(wěn)定的等離子噴射。與傳統(tǒng)的等離子噴槍相比，這種噴槍的等離子噴射的穩(wěn)定性有明顯改善，可以進(jìn)行均質(zhì)粉末加工，并有較高的沉積率和送粉率。

02 高能等離子噴涂

高能等離子噴涂是為滿足陶瓷材料對(duì)涂層密度和結(jié)合強(qiáng)度以及噴涂效率的更高需求而開(kāi)發(fā)的一種高能、高速的等離子噴涂技術(shù)，其特點(diǎn)是在電弧電流與普通大氣等離子噴涂相當(dāng)?shù)臈l件下，利用較高的工作電壓提高功率，并采用更大的氣體流量來(lái)提高射流的流速。高能等離子噴涂工 藝采用高能等離子噴槍進(jìn)行噴涂。高能等離子噴槍采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法拉長(zhǎng)了等離子弧，提高了工作電壓，降低了工作電流，減少了陰陽(yáng)極的損耗，提高了噴嘴的使用壽命。等離子弧中存在3個(gè)菱形馬赫錐，具有較高的射流速度。高功率等離子噴涂系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作在200 kW左右，等離子弧具有極高的熱能和速度，可為沉積優(yōu)質(zhì)涂層提供充足的功率。

03 微等離子噴涂

微等離子噴涂的特點(diǎn)是具有層流等離子射流、功率低、基體受熱低、噪聲小，可在極薄的基體上進(jìn)行噴涂。這種噴涂方法的功率雖低但能量集中，其束斑直徑小，所以仍可噴涂各種材料，特別適宜制備小零件及薄壁件的精密涂層且該設(shè)備重量輕適合于現(xiàn)場(chǎng)的維修工作。

04 懸浮式送粉等離子噴涂

懸浮式送粉等離子噴涂是一種采用液料送粉方式，可直接噴涂納米粉末且可以形成超薄納米涂層的新型噴涂技術(shù)。懸浮等離子噴涂采用液料為介質(zhì)，使用分散劑將粒子分散在液料中行成懸浮液，通過(guò)液料送粉器將懸浮液送入到等離子弧中，液料溶劑迅速蒸發(fā)，溶劑中的粉末被等離子弧加熱熔化噴射到基體上形成涂層。這種方式克服了噴涂粒子半徑的限制，不僅實(shí)現(xiàn)了非團(tuán)聚的納米粉末直接進(jìn)行噴涂，而且可制備涂層厚度較薄的超薄涂層。

05 反應(yīng)等離子噴涂

反應(yīng)等離子噴涂是對(duì)真空等離子噴涂進(jìn)一步改進(jìn)的結(jié)果，該方法在真空等離子噴涂過(guò)程中在噴嘴出口處的等離子射流中加入反應(yīng)氣體（如N2），反應(yīng)氣體與加熱中的噴涂顆粒相互作用進(jìn)而得到新的生成物。用這種方法可以獲得TiN 涂層，這是靠噴涂鈦粉和注入N2反應(yīng)后得到的。TiN具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐磨損、耐腐蝕等特點(diǎn)并且還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和超導(dǎo)性。

06 真空等離子噴涂

真空等離子噴涂（又叫低壓等離子噴涂）是在氣氛可控的，真空的密封室內(nèi)進(jìn)行噴涂的技術(shù)。因?yàn)楣ぷ鳉怏w經(jīng)過(guò)等離子化后，是在低壓氣氛中邊膨脹體積邊噴出的，所以噴流速度是超音速的，而且非常適合于對(duì)氧化高度敏感的材料。

07 水穩(wěn)等離子噴涂

這種方法的工作介質(zhì)不是氣而是水，它是一種高功率或高速等離子噴涂的方法，其工作原理是：噴槍內(nèi)通入高壓水流，并在槍筒內(nèi)壁形成渦流，這時(shí)在槍體后部的陰極和槍體前部的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極間產(chǎn)生直流電弧，使槍筒內(nèi)壁表面的一部分蒸發(fā)、分解，變成等離子態(tài)，產(chǎn)生連續(xù)的等離子弧。由于旋轉(zhuǎn)渦流水的聚束作用，其能量密度提高，燃燒穩(wěn)定，因此可噴涂 高熔點(diǎn)材料，特別是氧化物陶瓷，噴涂效率非常高。

08 氣穩(wěn)等離子噴涂

氣穩(wěn)等離子噴涂的原理是由等離子噴槍?zhuān)ǖ入x子弧發(fā)生器）產(chǎn)生等離子射流（電弧焰流）。噴槍的電極（陰極）和噴嘴（陽(yáng)極）分別接整流電源的正、負(fù)極，向噴槍供給工作氣體（Ar、N2 等），通過(guò)高頻火花引燃電弧。電弧將氣體加熱到很高的溫度，使氣體電離，在熱收縮效應(yīng)、自磁收縮效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)的作用下，電弧被壓縮，產(chǎn)生非轉(zhuǎn)移性等離子弧。高溫等離子氣體從噴嘴噴出后，體積迅速膨脹，形成高溫高速等離子射流。送粉氣流推動(dòng)粉末進(jìn)入等離子射流后，被迅速加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并將等離子射流加速，形成飛翔基材的噴涂離子束，陸續(xù)撞擊到經(jīng)預(yù)處理的基材表面，形成涂層。大氣等離子噴涂用氬氣、氮?dú)狻錃庾鳛榈入x子氣。