引言 ·

熱噴涂技術是一種將涂層材料（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、耐高溫和隔熱等優良性能，并能對磨損、腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進行修復，在航空航天、機械制造、石油化工等領域中得到了廣泛的應用。

熱噴涂技術最早出現在20世紀早期的瑞士，隨 后在前蘇聯、德國、日本、美國等國得到了不斷的發展，各種熱噴涂設備的研制、新的熱噴涂材料的開發及新技術的應用，使熱噴涂涂層質量不斷得到提高并開拓了新的應用領域。

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

等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性技術，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。

等離子涂技術是采用由直流電驅動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，并以高速噴向經過預處理的工件表面而形成附著牢固表面層的方法。

等離子噴涂技術是繼火焰噴涂之后大力發展起來的一種新型多用途的精密噴涂方法，它具有超高溫特性，便于進行高熔點材料的噴涂，噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結強度高等優點。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的飛速發展，國際上等離子噴涂占有明顯優勢，并已開發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。

01 三陰極等離子噴涂

三陰極等離子噴槍由3個陰極和由幾個被絕緣的環體串聯組成的噴嘴組成，只有離陰極相對遠的最后一個環體作為陽極工作。由于從三個陰極到同一個陽極產生的三個獨立電弧的長度穩定不變，三束等離子射流在匯流腔內匯聚成一束主等離子流，形成空心管狀射流從噴嘴噴出，從而產生了穩定的等離子噴射。與傳統的等離子噴槍相比，這種噴槍的等離子噴射的穩定性有明顯改善，可以進行均質粉末加工，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涂層密度和結合強度以及噴涂效率的更高需求而開發的一種高能、高速的等離子噴涂技術，其特點是在電弧電流與普通大氣等離子噴涂相當的條件下，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行噴涂。高能等離子噴槍采用獨特的設計方法拉長了等離子弧，提高了工作電壓，降低了工作電流，減少了陰陽極的損耗，提高了噴嘴的使用壽命。等離子弧中存在3個菱形馬赫錐，具有較高的射流速度。高功率等離子噴涂系統能夠穩定工作在200 kW左右，等離子弧具有極高的熱能和速度，可為沉積優質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備重量輕適合于現場的維修工作。

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。懸浮等離子噴涂采用液料為介質，使用分散劑將粒子分散在液料中行成懸浮液，通過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，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，不僅實現了非團聚的納米粉末直接進行噴涂，而且可制備涂層厚度較薄的超薄涂層。

05 反應等離子噴涂

反應等離子噴涂是對真空等離子噴涂進一步改進的結果，該方法在真空等離子噴涂過程中在噴嘴出口處的等離子射流中加入反應氣體（如N2），反應氣體與加熱中的噴涂顆粒相互作用進而得到新的生成物。用這種方法可以獲得TiN 涂層，這是靠噴涂鈦粉和注入N2反應后得到的。TiN具有高熔點、高硬度、耐磨損、耐腐蝕等特點并且還具有優良的導電性和超導性。

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，真空的密封室內進行噴涂的技術。因為工作氣體經過等離子化后，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，而且非常適合于對氧化高度敏感的材料。

07 水穩等離子噴涂

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

08 氣穩等離子噴涂

氣穩等離子噴涂的原理是由等離子噴槍（等離子弧發生器）產生等離子射流（電弧焰流）。噴槍的電極（陰極）和噴嘴（陽極）分別接整流電源的正、負極，向噴槍供給工作氣體（Ar、N2 等），通過高頻火花引燃電弧。電弧將氣體加熱到很高的溫度，使氣體電離，在熱收縮效應、自磁收縮效應和機械效應的作用下，電弧被壓縮，產生非轉移性等離子弧。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。送粉氣流推動粉末進入等離子射流后，被迅速加熱到熔融或半熔融狀態，并將等離子射流加速，形成飛翔基材的噴涂離子束，陸續撞擊到經預處理的基材表面，形成涂層。大氣等離子噴涂用氬氣、氮氣、氫氣作為等離子氣。