引言 ·

热喷涂技术是一种将涂层材料（粉末或丝材）送入某种热源（电弧、燃烧火焰、等离子体等）中熔化，并利用高速气流将其喷射到基体材料表面形成涂层的工艺。热喷涂涂层具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优良性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复，在航空航天、机械制造、石油化工等领域中得到了广泛的应用。

热喷涂技术最早出现在20世纪早期的瑞士，随 后在前苏联、德国、日本、美国等国得到了不断的发展，各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用，使热喷涂涂层质量不断得到提高并开拓了新的应用领域。

主流的热喷涂技术包括火焰喷涂技术，等离子喷涂技术，超音速火焰喷涂技术，电弧喷涂技术，超音速电弧喷涂技术以及冷喷涂技术。

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性技术，可以使基体表面具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。

等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固表面层的方法。

等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，它具有超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂，喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高等优点。由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。

目前随着热喷涂技术的飞速发展，国际上等离子喷涂占有明显优势，并已开发出三阴极等离子喷涂、高能等离子喷涂、微弧等离子喷涂和悬浮等离子喷涂等多种新技术。

01 三阴极等离子喷涂

三阴极等离子喷枪由3个阴极和由几个被绝缘的环体串联组成的喷嘴组成，只有离阴极相对远的最后一个环体作为阳极工作。由于从三个阴极到同一个阳极产生的三个独立电弧的长度稳定不变，三束等离子射流在汇流腔内汇聚成一束主等离子流，形成空心管状射流从喷嘴喷出，从而产生了稳定的等离子喷射。与传统的等离子喷枪相比，这种喷枪的等离子喷射的稳定性有明显改善，可以进行均质粉末加工，并有较高的沉积率和送粉率。

02 高能等离子喷涂

高能等离子喷涂是为满足陶瓷材料对涂层密度和结合强度以及喷涂效率的更高需求而开发的一种高能、高速的等离子喷涂技术，其特点是在电弧电流与普通大气等离子喷涂相当的条件下，利用较高的工作电压提高功率，并采用更大的气体流量来提高射流的流速。高能等离子喷涂工 艺采用高能等离子喷枪进行喷涂。高能等离子喷枪采用独特的设计方法拉长了等离子弧，提高了工作电压，降低了工作电流，减少了阴阳极的损耗，提高了喷嘴的使用寿命。等离子弧中存在3个菱形马赫锥，具有较高的射流速度。高功率等离子喷涂系统能够稳定工作在200 kW左右，等离子弧具有极高的热能和速度，可为沉积优质涂层提供充足的功率。

03 微等离子喷涂

微等离子喷涂的特点是具有层流等离子射流、功率低、基体受热低、噪声小，可在极薄的基体上进行喷涂。这种喷涂方法的功率虽低但能量集中，其束斑直径小，所以仍可喷涂各种材料，特别适宜制备小零件及薄壁件的精密涂层且该设备重量轻适合于现场的维修工作。

04 悬浮式送粉等离子喷涂

悬浮式送粉等离子喷涂是一种采用液料送粉方式，可直接喷涂纳米粉末且可以形成超薄纳米涂层的新型喷涂技术。悬浮等离子喷涂采用液料为介质，使用分散剂将粒子分散在液料中行成悬浮液，通过液料送粉器将悬浮液送入到等离子弧中，液料溶剂迅速蒸发，溶剂中的粉末被等离子弧加热熔化喷射到基体上形成涂层。这种方式克服了喷涂粒子半径的限制，不仅实现了非团聚的纳米粉末直接进行喷涂，而且可制备涂层厚度较薄的超薄涂层。

05 反应等离子喷涂

反应等离子喷涂是对真空等离子喷涂进一步改进的结果，该方法在真空等离子喷涂过程中在喷嘴出口处的等离子射流中加入反应气体（如N2），反应气体与加热中的喷涂颗粒相互作用进而得到新的生成物。用这种方法可以获得TiN 涂层，这是靠喷涂钛粉和注入N2反应后得到的。TiN具有高熔点、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等特点并且还具有优良的导电性和超导性。

06 真空等离子喷涂

真空等离子喷涂（又叫低压等离子喷涂）是在气氛可控的，真空的密封室内进行喷涂的技术。因为工作气体经过等离子化后，是在低压气氛中边膨胀体积边喷出的，所以喷流速度是超音速的，而且非常适合于对氧化高度敏感的材料。

07 水稳等离子喷涂

这种方法的工作介质不是气而是水，它是一种高功率或高速等离子喷涂的方法，其工作原理是：喷枪内通入高压水流，并在枪筒内壁形成涡流，这时在枪体后部的阴极和枪体前部的旋转阳极间产生直流电弧，使枪筒内壁表面的一部分蒸发、分解，变成等离子态，产生连续的等离子弧。由于旋转涡流水的聚束作用，其能量密度提高，燃烧稳定，因此可喷涂 高熔点材料，特别是氧化物陶瓷，喷涂效率非常高。

08 气稳等离子喷涂

气稳等离子喷涂的原理是由等离子喷枪（等离子弧发生器）产生等离子射流（电弧焰流）。喷枪的电极（阴极）和喷嘴（阳极）分别接整流电源的正、负极，向喷枪供给工作气体（Ar、N2 等），通过高频火花引燃电弧。电弧将气体加热到很高的温度，使气体电离，在热收缩效应、自磁收缩效应和机械效应的作用下，电弧被压缩，产生非转移性等离子弧。高温等离子气体从喷嘴喷出后，体积迅速膨胀，形成高温高速等离子射流。送粉气流推动粉末进入等离子射流后，被迅速加热到熔融或半熔融状态，并将等离子射流加速，形成飞翔基材的喷涂离子束，陆续撞击到经预处理的基材表面，形成涂层。大气等离子喷涂用氩气、氮气、氢气作为等离子气。