我公司在成都地區(qū)，主要從事等離子噴涂，他是屬于熱噴涂技術(shù)(硬面技術(shù))，它是將粉末材料送入等離子體(射頻放電)中或等離子射流(直流電弧)中，使粉末顆粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在沖擊力的作用下，在基底上鋪展并凝固形成層片，進(jìn)而通過層片疊層形成涂層的一類加工工藝。它具有生產(chǎn)效率高，制備的涂層質(zhì)量好，噴涂的材料范圍廣，成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，近幾十年來，其技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)展很快，己成為熱噴涂技術(shù)的最重要組成部分。

　　一、原理

　　等離子噴涂是通過等離子噴槍來實(shí)現(xiàn)的，噴槍的噴嘴和電極分別接電源的正負(fù)極。噴嘴和電極之間通入工作氣體，借助高頻火花引燃電弧。電弧講氣體加熱并使之電離，產(chǎn)生等離子弧，氣體熱膨脹由噴嘴噴出告訴等離子流。送粉氣管將粉末送入等離子射流中，被加熱到熔融狀態(tài)，并被等離子射流加速，以一定的速度噴射到經(jīng)預(yù)處理基體表面形成涂層。

　　二、涂層和工藝技術(shù)特點(diǎn)

　　1、 涂層結(jié)構(gòu)特性

　　等離子噴涂涂層組織細(xì)密，氧化物含量和孔隙率較低，涂層與基體間的結(jié)合以及涂層粒子間的結(jié)合形式除以機(jī)械結(jié)合為主外，還可產(chǎn)生微區(qū)結(jié)合和物理結(jié)合，涂層結(jié)合強(qiáng)度較高。

　　2、 工藝技術(shù)特點(diǎn)

　　噴涂材料應(yīng)用廣泛，從低熔點(diǎn)的鋁合金到高熔點(diǎn)的氧化鋯都可以噴涂。;涂層結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低、氧化物夾雜少;設(shè)備控制精度高，可以制備精細(xì)涂層。

　　三、主要工藝參數(shù)

　　1、 等離子氣體的選用。

　　國(guó)內(nèi)一般選用擔(dān)當(dāng)起或氬氣作為等離子噴涂的主氣，用氫氣作為輔助氣體。噴涂高熔點(diǎn)材料如2ZrO、23AlO、W等，主氣應(yīng)選氮?dú)獠⒒旒由倭繗錃狻?/p>

　　2、 送分量

　　送分量的大小是影響涂層組織結(jié)構(gòu)和沉積效率的重要參數(shù)，若送粉量過大，不僅降低粉末沉積效率，還會(huì)增加涂層中孔洞和未熔融粒子的數(shù)量，導(dǎo)致涂層質(zhì)量下降。若送分量過小，除增大噴涂成本外，還可能造成零件過熱，涂層開裂等不良后果。

　　四、等離子噴涂技術(shù)的應(yīng)用

　　等離子噴涂技術(shù)在耐磨涂層、耐蝕涂層等傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，從上世紀(jì)50 年代至今，其應(yīng)用領(lǐng)域由航空、航天擴(kuò)展到了鋼鐵工業(yè)、汽車制造、石油化工、紡織機(jī)械、船舶等領(lǐng)域。近年來等離子噴涂技術(shù)在高新技術(shù)領(lǐng)域如納米涂層材料、梯度功能材料、超導(dǎo)涂層、生物功能涂層等方面的應(yīng)用研究漸漸受到人們的重視。

　　1、納米涂層材料

　　Zhu 等采用真空等離子噴涂制備了納米WC/Co 涂層。發(fā)現(xiàn)涂層硬度、韌性和耐磨性較常規(guī)涂層都有較大的改善，在40～60 N 載荷下，納米WC/ Co涂層磨損率僅為常規(guī)涂層的1/ 6。Connecticut 大學(xué)等對(duì)等離子噴涂納米結(jié)構(gòu)Al2O3-TiO2 系涂層進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括納米粉末噴霧干燥團(tuán)聚重構(gòu)、等離子噴涂工藝參數(shù)優(yōu)化、工藝診斷、模擬以及涂層結(jié)構(gòu)與性能的分析，表明涂層具有雙態(tài)顯微結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)異性能。與對(duì)應(yīng)的常規(guī)涂層相比，結(jié)合強(qiáng)度增強(qiáng)100 %，磨粒磨損抗力提高300 %，壓痕開裂抗力、彎曲和杯突試驗(yàn)表現(xiàn)的剝落抗力要高得多。中國(guó)上海硅酸鹽研究所祝迎春等人研究了等離子噴涂過程中納米TiO2 的結(jié)構(gòu)變化和粒子注入特性。研究發(fā)現(xiàn)，TiO2 納米顆粒由無定型轉(zhuǎn)化為銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu)。涂層表現(xiàn)出良好的Li +

　　注入電流和電化學(xué)穩(wěn)定性。陳煌等利用大氣等離子噴涂技術(shù)在不銹鋼基體上制備了氧化鋯納米涂層。獲得的涂層結(jié)構(gòu)致密，孔隙率約為7%，涂層和基體間的結(jié)合強(qiáng)度為45 MPa，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)氧化鋯涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。

　　2、梯度功能材料(FGMs)

　　等離子噴涂制備梯度功能材料是目前材料學(xué)中倍受關(guān)注的研究領(lǐng)域之一，其研究范圍主要為梯度功能材料的設(shè)計(jì)、制備和性能評(píng)價(jià)三個(gè)方面。由于等離子焰流溫度高，特別適用于噴涂難熔金屬、陶瓷和復(fù)合材料涂層，這就為功能梯度材料的發(fā)展提供了更廣闊的空間。目前以NiCrAlY作為中間層向金屬上涂覆ZrO2 涂層成為大多數(shù)等離子噴涂FGMs 結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)，已建立起很好的制備工藝。另外，已被研究的其他它體系還包括：Cu/W 和Cu/B4C、與Al2O3-Cr2O3 結(jié)合的Ni 基合金、具有CoCrAlY 或NiCoCrAlY的ZrO2、具有Mo 的TiC、具有YSZ 涂層的Ni-20 %Cr、Ni/Al2O3、WC/Co 等。K. A. Khor 等人對(duì)YSZ/ NiCoCrAlY體系的研究表明，與傳統(tǒng)的雙層材料相比，功能梯度涂層具有更優(yōu)異的性能。得到的FGM涂層的結(jié)合強(qiáng)度為18 MPa，雙層涂層僅為9 MPa，而涂層的抗熱循環(huán)壽命FGM涂層是雙層涂層的6倍。Sudarshan Rangaraj 等設(shè)計(jì)了五種不同成分的YSZ 梯度涂層，研究了涂層設(shè)計(jì)對(duì)YSZ 涂層性能的影響，結(jié)果表明莫來石(mullite)成分的添加會(huì)降低涂層表面裂紋生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力。

　　3、超導(dǎo)涂層

　　等離子噴涂弧溫很高，特別適用于噴涂復(fù)合氧化物陶瓷，不需要保護(hù)氣氛，能夠噴涂具有復(fù)雜形狀的超導(dǎo)制件，沉積效率高，容易制備厚膜涂層和大面積涂層。適于等離子噴涂的超導(dǎo)陶瓷涂層材料主要有YBa2Cu3O7- x (YBCO) 和Bi2Sr2Cu2CaO。YBCO是一種典型的超導(dǎo)材料，臨界溫度為94 K。等離子噴涂的YBCO 涂層由于噴涂過程中材料的氧損失，涂層結(jié)構(gòu)中的孔隙、裂紋和粒子間的不均勻接觸等不均勻性，使涂層并不具有超導(dǎo)特性。只有對(duì)涂層在氧氣或空氣氣氛中進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使涂層形成致密、均勻且較穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，才能獲得超導(dǎo)性。YBCO 涂層的熱處理?xiàng)l件為920℃×1 h，降至400℃再保溫1h。當(dāng)將Bi2Sr2Cu2CaOy 陶瓷從高溫急冷或淬冷后，它會(huì)產(chǎn)生超導(dǎo)態(tài)。這一特性對(duì)等離子噴涂具有特別的意義，因?yàn)榈入x子噴涂能使涂層材料獲得高達(dá)106℃/ s的急冷冷卻速率，只要調(diào)整好等離子噴涂條件和工藝參數(shù)，很容易使Bi2Sr2Cu2CaOy 的噴涂態(tài)涂層具有超導(dǎo)特性。

　　4、生物功能涂層

　　等離子噴涂技術(shù)是制備醫(yī)用生物涂層材料的有效方法。將特定組分的粉末材料經(jīng)高溫熔化后沉積于金屬人工骨植入物表面，形成以韌性金屬為骨架，表面有陶瓷涂層的人工骨與人工關(guān)節(jié)，此方法充分發(fā)揮了金屬和陶瓷兩類材料的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)等離子噴涂羥基磷灰石(HA)涂層和鈦涂層的研究報(bào)導(dǎo)較多，并成功地應(yīng)用于臨床試驗(yàn)。羥基磷灰石涂層對(duì)生物體無毒，耐體液腐蝕，且對(duì)生物體組織有良好的適應(yīng)性和親和性，耐長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)過程中的磨損