中国机械总院集团武汉材保所陈同舟正高级工程师、杜鹏程高级工程师团队：高能等离子喷涂关键装备及其喷涂涂层沉积机理研究

2026-09-24 15:10:15 作者：中国表面工程来源：中国表面工程分享至：

高能等离子喷涂（HPS）技术是航空航天等领域关键高温部件表面防护的核心制备手段，其通过显著提升喷涂功率、粒子速度与射流焓值，有效克服了传统等离子喷涂涂层结合强度低、孔隙率高、抗极端环境能力不足等瓶颈问题，为航空发动机叶片等部件提供了长效可靠的热障、耐磨与抗高温氧化涂层。随着航空航天装备向更高性能、更长寿命发展，对涂层质量与工艺稳定性提出了更高要求。然而，我国在高能等离子喷涂高端装备领域仍面临严峻挑战，核心装备长期受国外技术垄断与出口限制，国内现有设备在系统集成度、工艺稳定性及长期可靠性方面与国际先进水平存在显著差距，已成为制约我国高端装备制造自主化与产业链安全的关键“卡脖子”环节。

为此，中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司特种材料表面工程全国重点实验室陈同舟正高级工程师、杜鹏程高级工程师团队在《中国表面工程》发表综述论文《高能等离子喷涂关键装备及其喷涂涂层沉积机理研究》，系统性地综述了高能等离子喷涂技术近年来的研究进展，旨在深入解析其关键装备（高精度电源与高性能喷枪）的技术迭代路径与核心机理，阐明高功率等离子射流的热-动力学特性及其对粒子熔融、飞行与沉积行为的调控规律，并量化分析工艺参数对涂层微观结构的形成与性能的影响机制。通过对国内外技术现状的梳理与对比，本文以推动核心装备国产化、构建自主可控技术体系为目标，为后续聚焦宽禁带半导体电源、智能自适应喷枪以及工艺-射流-沉积全流程数字孪生等关键方向的研发提供理论参考与技术支撑，对提升我国航空航天涂层装备的自主创新能力与产业安全具有重要意义。

引用格式

陈天宇，杜鹏程，袁振南，高名传，陈同舟. 高能等离子喷涂关键装备及其喷涂涂层沉积机理研究[J]. 中国表面工程，2026：1-27[2026-09-22].

CHEN Tianyu, DU Pengcheng, YUAN Zhennan, GAO Mingchuan, CHEN Tongzhou. Research on Key Equipment for High-energy Plasma Spraying and the Deposition Mechanism of Sprayed Coatings[J]. China Surface Engineering, 2026: 1-27[2026-09-22].

创新点

（1）系统梳理关键装备技术演进路径：清晰勾勒电源与喷枪两大核心装备从传统结构向高频化、多电极化发展的完整迭代逻辑，为国产化替代明确技术攻坚方向。

（2）深入揭示“射流-粒子-沉积”耦合机制：系统阐释了高功率等离子射流特性、粒子熔融加速行为与涂层微观结构形成之间的联系，构建了从工艺输入到性能输出的完整理论链条。

（3）开展国内外技术对比与分析：在综述国际进展的基础上，客观对比并精准指出了国产装备在系统集成、工艺稳定性等方面的关键短板，为自主发展提供了清晰参照。

（4）前瞻性提出跨领域融合的发展方向：创新性地指出需融合宽禁带半导体、自适应控制与数字孪生技术，构建一体化智能平台，为实现涂层性能定向设计与装备自主化指明系统解决方案。

重要结论

电源向高频精密化发展。技术从可控硅整流演进至高频率波架构，通过多相交错并联等设计，显著提升了输出效率与电弧稳定性，为工艺控制提供了高精度能量基础。

喷枪依靠多电极与级联设计提升性能。采用三阴极、五阳极等多电极方案及级联结构，有效分摊电流、稳定电弧，解决了高功率下的射流波动与电极烧蚀问题，延长了使用寿命。

涂层结构由射流与粒子行为共同决定。高功率等离子射流的热力学特性主导了粒子的熔融与加速过程，粒子撞击基体时的状态与运动轨迹是形成层状或柱状晶等不同微观结构的根本机理。

工艺参数可定向调控涂层微观组织。粉末粒径、喷涂距离与功率等关键参数，通过影响粒子熔融程度与撞击动能，能够有效调控涂层的致密性、孔隙形态、裂纹特征及晶体结构类型。

国内装备需突破集成与智能化瓶颈。国产装备在系统集成与工艺稳定性上与国际先进水平存在差距。未来发展应聚焦宽禁带半导体电源、自适应智能喷枪及全流程数字孪生技术，以实现自主可控与高性能涂层的定向设计。

前景与应用

从传统工艺参数的经验调控，到基于等离子射流多物理场耦合与粒子沉积机理的精准设计，高能等离子喷涂技术正经历从装备革新到过程认知的深刻变革。它不仅是功率与速度的提升，更是涂层微观结构从“经验制备”走向“机理导向”、从“宏观性能”走向“微观定制”的范式跃迁。未来，随着宽禁带半导体电源、自适应智能喷枪与全流程数字孪生等方向的融合突破，高能等离子喷涂将开启高性能涂层自主化、智能化设计与制造的新篇章。