等离子喷涂技术现状及发展(二)

点击数：877发布时间：2017-04-28 15:07:35　

我国从上世纪70年代引进美国Metco公司等离子喷涂装置起，开始了对等离子喷涂技术的研究与应用，与国外的先进水平相比，还有较大的差距。目前，从事等离子喷涂技术研究的机构有北京航空制造工程研究所（625所）、武汉材料保护研究所、华南理工大学、北京矿冶研究总院和广州有色金属研究院等。北京航空制造工程研究所（625所）研制的APS-2000 型等离子喷涂设备采用了许多新技术，总体性能达到国外二十世纪九十年代水准，代表了目前国产等离子喷涂设备的最高水平。由航天科技集团公司703所研制成功的HT-200 型超音速等离子喷涂设备额定使用功率为200 kW，填补了我国在研制生产大功率等离子喷涂设备方面的空白。目前，在小功率喷涂设备方面，北京航空制造工程研究所（625所）也正在开展层流等离子喷涂设备的研制。

等离子喷涂过程测量技术的研究现状

随着等离子喷涂技术的深入发展，对涂层性能和质量实时控制的要求愈加迫切。这就需要不断研究新的测量技术，对等离子喷涂工艺过程进行在线诊断，并对工艺参数与

涂层性能之间的关系进行有效的推测。

等离子射流的表征

等离子射流温度可通过发射光谱（8000＜T＜14000 K时，主要来自原子谱线），瑞利散射（Rayleigh scattering）（T＜10000或16000K时，取决于分辨率）和相干反斯托克斯喇曼干涉光谱（CARS）（T＜10000K时）来表征。与质谱仪耦合的热焓探针可以测量气体的热焓，进而得到等离子气体的温度，但这种方法是侵入式的，测得的温度是Favre平均温度，与光谱测得的时间平均温度不同。

在等离子核心，直流电弧等离子射流的速度可以使用光学方法测得，其依据是电弧根波动导致光波动传播，而在等离子焰中,可以利用与质谱仪耦合的热焓探针测量。及涂层结构与性能的分析，表明涂层具有双态显微结构，表现出独特的优异性能。与对应的常规涂层相比，结合强度增强100 %，磨粒磨损抗力提高300 %，压痕开裂抗力、弯曲和杯突试验表现的剥落抗力要高得多。中国上海硅酸盐研究所祝迎春等人研究了等离子喷涂过程中纳米TiO2的结构变化和粒子注入特性。研究发现，TiO2纳米颗粒由无定型转化为锐钛矿结构和金红石结构。涂层表现出良好的

Li + 注入电流和电化学稳定性。陈煌等利用大气等离子喷涂技术在不锈钢基体上制备了氧化锆纳米涂层。获得的涂层结构致密，孔隙率约为7%，涂层和基体间的结合强度为45 MPa，明显优于传统氧化锆涂层与基体的结合强度。

梯度功能材料（FGMs）

等离子喷涂制备梯度功能材料是目前材料学中倍受关注的研究领域之一，其研究范围主要为梯度功能材料的设计、制备和性能评价三个方面。由于等离子焰流温度高，特别适用于喷涂难熔金属、陶瓷和复合材料涂层，这就为功能梯度材料的发展提供了更广阔的空间。目前以NiCrAlY作为中间层向金属上涂覆ZrO2涂层成为大多数等离子喷涂FGMs 结构研究的热点，已建立起很好的制备工艺。另外，已被研究的其他它体系还包括：Cu/W 和Cu/B4C、与Al2O3-Cr2O3结合的Ni 基合金、具有CoCrAlY 或

NiCoCrAlY的ZrO2、具有Mo 的TiC、具有YSZ 涂层的Ni-20 %Cr、Ni/Al2O3、WC/Co 等。K. A. Khor 等人对YSZ/ NiCoCrAlY体系的研究表明，与传统的双层材料相比，功能梯度涂层具有更优异的性能。得到的FGM涂层的结合强度为18 MPa，双层涂层仅为9 MPa，而涂层的抗热循环寿命FGM涂层是双层涂层的6倍。Sudarshan Rangaraj 等设计了五种不同成分的YSZ 梯度涂层，研究了涂层设计对YSZ 涂层性能的影响，结果表明莫来石（mullite）成分的添加会降低涂层表面裂纹生长驱动力。

超导涂层

等离子喷涂弧温很高，特别适用于喷涂复合氧化物陶瓷，不需要保护气氛，能够喷涂具有复杂形状的超导制件，沉积效率高，容易制备厚膜涂层和大面积涂层。适于等离子喷涂的超导陶瓷涂层材料主要有YBa2Cu3O7- x (YBCO) 和Bi2Sr2Cu2CaO。YBCO是一种典型的超导材料，临界温度为94 K

。等离子喷涂的YBCO 涂层由于喷涂过程中材料的氧损失，涂层结构中的孔隙、裂纹和粒子间的不均匀接触等不均匀性，使涂层并不具有超导特性。只有对涂层在氧气或空气气氛中进行适当的热处理，使涂层形成致密、均匀且较稳定的晶体结构，才能获得超导性。YBCO涂层的热处理条件为920℃×1 h

，降至400℃再保温1h。当将Bi2Sr2Cu2CaOy 陶瓷从高温急冷或淬冷后，它会产生超导态。这一特性对等离子喷涂具有特别的意义，因为等离子喷涂能使涂层材料获得高达106℃/ s的急冷冷却速率，只要调整好等离子喷涂条件和工艺参数，很容易使Bi2Sr2Cu2CaOy 的喷涂