一、电弧喷涂

电弧喷涂是利用两根连续送进的金属丝之间产生的电弧作热源来熔化金属，用压缩空气把熔化的金属雾化，并对雾化的金属细滴加速使之喷向工件形成涂层的技术。

1．喷涂原理

端部呈一定角度（30°-50°）的两根连续送进的金属丝，分别接直流电源（18V-40 V）的正负极，在金属丝端部短接的瞬间，产生电弧，电弧使金属丝熔化，在电弧点的后方由喷嘴喷射出的高速空气流使熔化的金属雾化成颗粒，并在高速气流的加速下喷射到工件的表面。

在电弧和雾化气流的作用下，两金属丝的端部频繁地进行着金属熔化-熔化金属脱离-熔滴雾化成微粒的过程。在每一过程中，极间距离频繁地发生变化，在电源电压保持恒定时，由于电流的自调节特性，电弧电流跟随发生频繁地波动，自动维持金属丝的熔化速度，电弧电流随送丝速度的增加而增加。

2.电弧喷涂设备

电弧喷涂设备主要由喷枪、喷涂电源、控制箱、送丝机构等构成。目前大多数设备都将控制箱与喷涂电源合并在一起。

1）．喷涂电源

（1）电源特性要求。目前电弧喷涂大多采用外特性和动特性适于电弧喷涂特点的专用电源，即电源外特性是平特性或略带上升的外特性，而动特性有足够大的电流上升速率，平直或略带上升的外特性比陡降外特性有大得多的电流自调节性能。当弧长变小时，电流能迅速增大加速金属丝的熔化而恢复弧长；当弧长变大时，电流又能迅速减小，减少金属丝的熔化速度而恢复弧长。

由于不同金属材料要求的最低喷涂电压不同，要求喷涂电源的输出能在一定范围内调节。一般，喷涂电源的空载电压调节范围是24-38V。

（2）电源构成。喷涂电源的主要构成为：电源变压器、整流器、接触器以及电流、电压的调节和显示仪表等。喷涂电源的输出电压调节一般是通过改变变压器一次绕组的匝数来实现。

2）．送丝机构

电弧喷涂时两根金属丝需要以均匀、连续的速度送至喷涂枪，金属丝的送进依靠送丝机构来完成。送丝机构由送丝电机、减速器、送丝轮等组成。

送丝电机通常选用直流伺服电动机。直流伺服电动机反应迅速、可随时开、停操作。减速器多为蜗轮蜗杆结构，其结构紧凑、速比大，蜗轮箱应保持良好润滑，否则蜗轮容易磨损。

3）．电弧喷枪

喷枪是电弧喷涂设备的重要组成部分，其中由导电嘴、绝缘体、雾化喷嘴和弧光罩等组成的雾化枪头是喷枪的关键部分，早期喷枪的雾化头由导电嘴、绝缘体、雾化喷嘴构成，称为敞开式喷嘴，其雾化效果不好，颗粒比较粗大。目前使用的喷枪基本都采用通过加装空气帽，将电弧区封闭，对电弧适当压缩，称为封闭式喷嘴，这种喷嘴增加了弧区的压力，加强了对熔化金属的雾化效果。

3.电弧喷涂技术特点

1）．生产效率高

电弧喷涂的生产效率与电弧电流成正比，当喷涂电流为300A时，喷涂不锈钢丝可达14kg/h，喷涂铝丝为8kg/h。这大约相当于火焰喷丝枪生产效率的4倍。

2）．涂层结合强度高

电弧喷涂时，电弧温度高达5000K，使得熔融粒子温度高，变形量大，可获得较高的结合强度及涂层自身强度。

3）．元素烧损较为严重

由于电弧喷涂温度高，由电能转化的热能除了熔化送进的丝材外，仍有大量过剩，过剩的热能导致丝材在喷涂过程中过热，发生氧化和蒸发，形成烟尘而损失掉。

4）．能源利用率高

电弧喷涂时，电弧直接作用于金属丝的端部用来熔化金属，能源利用率可达90%，是各种喷涂方法中能源利用率最高的。

5）．操作简单，维护方便

电弧喷涂设备相对较简单，喷涂过程中只需关注四个主要参数，即喷涂电压、喷涂电流、雾化空气压力和喷涂距离，其中前三个参数经预先设置后，喷涂过程中一般不会改变，电弧喷涂工艺对喷涂距离并不敏感，一般可在180-240mm之间变动。电弧设备易损件只有导丝嘴和送丝轮，其维护和更换方便。

4 电弧喷涂的主要工艺参数

电弧喷涂的主要工艺参数有：喷涂电压、喷涂电流、雾化空气压力和喷涂距离

1）．喷涂电压

喷涂电压是指两金属丝尖端之间的电弧电压，它反映了丝材尖端间隙的大小，有效地控制电弧电压可以保持雾化区几何形状的稳定。每种材料都对应有自己的维持电弧稳定燃烧的最低电弧电压值。

喷涂电压越低，熔化了的粒子尺寸就越小。但是，如果电弧电压低于材料的临界最低电弧电压，电弧就不能稳定地燃烧。

当喷涂电压高于临界电弧电压时，随着电压的提高，丝材尖端的间距、喷涂射流角度和喷涂粒子的颗粒尺寸范围都随之增大，同时被喷涂材料的元素烧损程度也增大，尤其是那些容易与氧化合的元素，其烧损更为严重。随着喷涂电压的提高，沉积效率逐步降低。

可见，电弧电压对喷涂质量影响很大，在保证电弧稳定燃烧的前提下，应选择尽可能低的喷涂电压值。表列出常用材料的喷涂工作电压。

常用材料的喷涂工作电压

2）．工作电流

用于电弧喷涂的电源应具有平特性或略带上升的外特性，喷涂过程中，电弧电压保持不变，工作电流随送丝速度的增大而增大。

一般来讲，增大喷涂时的工作电流，一方面可以提高生产效率，另一方面也可提高涂层质量。但工作电流的增大也带来副作用，就是材料烧损程度增大，沉积率下降。

3）．雾化空气压力和流量

雾化空气压力和流量在很大程度上决定了喷涂粒子的雾化程度和飞行速度，即雾化空气压力和流量越大，粒子雾化越充分，所得到的涂层也越致密。但过分追求更细的雾化，将导致两种不良后果。其一是涂层结合强度的降低，因稍粗大一些的喷涂粒子可携带较多的能量，更有利于与基体的结合。其二是喷涂粒子氧化程度的增大，因随着雾化空气压力和流量的增大，一方面气流中氧含量增多，另一方面喷涂粒子的相对表面积急剧增加，二者综合作用，导致涂层氧化加剧。

4）．喷涂距离

电弧喷枪喷嘴出口处，雾化气体的流速最大，而熔滴的速度最低，随着喷涂距离的增加，喷涂粒子被逐渐加速，雾化气流速逐渐降低。一般喷涂粒子在60-200mm的喷涂距离内有较高的飞行速度和温度，容易得到高质量的涂层。

二、高速电弧喷涂

传统电弧喷涂技术由于喷涂粒子速度低，涂层受到较严重的氧化，使电弧喷涂涂层质量和应用受到一定局限。研究表明，影响电弧喷涂涂层质量的主要工艺参数除电弧电压、电流、送丝速度外，同时和压缩空气的流速、质量有着十分密切的关系，是影响涂层质量的最重要关键因素之一。高速电弧喷涂技术就是采用高压气流或燃料燃烧所产生的高速射流雾化喷涂材料熔滴，提高电弧稳定性，使喷涂粒子显著加速，减少粒子与空气的接触时间，达到减少涂层氧化、显著提高涂层质量的目的。

1．高速电弧喷涂原理

高速电弧喷涂原理与传统电弧喷涂完全相同，其主要区别在于提高雾化气压力和流速。通常采用拉瓦尔喷管来实现雾化空气的加速，或利用液体燃料燃烧产生的高速火焰焰流作为熔滴雾化气流，从而实现喷涂粒子的加速，又资料表明，高速电弧喷涂在距喷枪喷嘴端面轴向距离80mm范围内，其流速度可达到600m/s，金属熔滴的雾化效果显著提高，涂层粒径仅为传统电弧喷涂粒径的1/3-1/8，喷涂Al涂层和3Cr13涂层结合强度分别达到35.2MPa和42.8MPa，是传统电弧喷涂涂层的2.2倍和1.5倍。

2．高速电弧喷涂涂层质量

影响高速电弧喷涂涂层质量的主要因素有表面预处理质量、喷涂工艺规范、压缩空气压力、雾化气体流速、流量和喷枪结构等。

（1）压缩空气压力、流量与质量。对高速电弧喷涂而言，压缩空气压力只要大于0.2MPa，就能实现高速电弧喷涂。实际上，压缩空气压力越高，高速射流区间越大，通常用压缩空气压力一般不低于0.5MPa；雾化气流量的增加，雾化效果明显加强，雾化颗粒越细，但确定雾化气流的大小，必须与喷枪喷嘴直径、空气压缩机流量相匹配；压缩空气质量越好，所含油分、水分、杂质越小，对涂层质量越有利。随着压缩空气压力、流量的增加，涂层越致密，结合强度越高，表面粗糙度越低，越光滑。

（2）喷涂工艺规范。电弧喷涂工艺规范参数对雾化粒子的温度和雾化效果有较大的影响。主要有电弧电压、喷涂电流、送丝速度、喷涂距离。

1）电弧电压、喷涂电流。当喷涂电压一定时，喷涂电流越大，熔化金属颗粒温度越高，雾化粒子越细，金属线材熔化越快，颗粒表面氧化越严重，涂层含氧量增加，结合强度降低。喷涂电流一般不超过200A为宜；喷涂电流一定时，随着电压的增加，电弧功率增加，具有和增加电流同样的影响效果。为保证电弧稳定燃烧，喷涂电压通常选用中间值，不宜太高，一般不超过36V，较高的喷涂电压对结合强度有不良影响，较低的电压有利于提高沉积效率，改善雾化效果，提高涂层的硬度和耐磨性。

2）送丝速度。送丝速度的平稳性是维持电弧燃烧稳定性的关键因素之一，与喷涂效率和电弧电压直接相关。在相应的电弧电压条件下，送丝速度须保持两金属丝电极端面的距离为恒定值，维持喷涂电压的稳定性。

3）喷涂距离。喷涂距离直接影响涂层的结合强度和沉积效率，高速电弧喷涂喷距通常在150-300mm之间选取，熔融颗粒具有较高的动能，有利于提高涂层的结合强度。

常用材料的高速电弧喷涂工艺规范

（3）高速电弧喷涂特点。高速电弧工艺过程中，由于高速雾化气流的引入，在相同的喷涂工艺参数和相同的喷涂材料条件下，具有明显的特点。

1）沉积效率高。喷涂Al线材时，沉积效率高达74.8%，比传统电弧喷涂提高15%；

2）涂层组织致密。涂层孔隙率和孔隙尺寸明显减少，适应制备高致密性防护涂层；

3）电弧稳定性高。高速射流强烈的雾化效果和对电弧的压缩效应，有效地减少了两金属电极之间的短路和熄弧现象；

4）生产效率高、经济性好。

三、等离子喷涂

等离子喷涂是采用非转移型等离子弧为热源，喷涂材料为粉末的热喷涂方法。近十几年来等离子喷涂技术发展很快，目前已开发出大气等离子喷涂、可控气氛等离子喷涂、溶液等离子喷涂等喷涂技术，等离子喷涂已成为热喷涂技术中最重要的一项工艺方法。

原理

大气等离子喷涂简称等离子喷涂，等离子喷涂通过等离子喷枪来实现，喷枪的喷嘴（阳极）和电极（阴极），分别接电源的正、负极，喷嘴和电极之间通入工作气体，借助高频火花引燃电弧。电弧将气体加热并使之电离，产生等离子弧，气体热膨胀由喷嘴喷出高速等离子射流。送粉气将粉末从喷嘴内（内送粉）或外（外送粉）送入等离子射流中，被加热到熔融或半熔融状态，并被等离子射流加速，以一定速度喷射到经预处理的基体表面形成涂层。常用的等离子气体有氩气、氢气、氦气、氮气或它们的混合物。

2．设备构成

我国目前使用的等离子喷涂设备分为进口和国产两类，进口的主要源自国外两大公司的产品，一是Metco公司，如 Metco 7M、和Metco 9M等；二是Praxair公司，代表产品有3620、4500、5500、SG100等。国产设备主要是仿制品，大多是仿制Metco 7M、和 Metco 9M。下面主要参照Metco 9M 设备，介绍其构成。

Metco 9M等离子喷涂设备由喷枪、整流电源、控制系统、热交换系统、送粉器、水电转接箱六部分构成，如图2-27所示。辅助设备包括：空压气供给系统、工作用气（氩、氢、氮）供给系统等。

（1）喷枪。等离子喷枪是集水、电、气、粉于一体的等离子电弧发生器，是整套系统的关键，喷枪的设计和加工质量直接影响喷涂系统能否正常工作和喷涂涂层质量的优劣。喷枪主要由喷嘴、电极、电极杆、绝缘体、水道头等组成。

1）喷嘴。喷嘴是喷枪的关键部件，也是易损件，材料为紫铜。9M喷枪常用的喷嘴有四种型号，其中氮气两种：G和GE；氩气两种：GH和GP。G和GH是低速喷嘴，开口角度和孔径都较大，焰流束粗，适于喷涂高熔点材料，如ZrO2、Al2O3、Cr2O3、W等。GE和GH是高速喷嘴，开口角度和孔径都较小，焰流束细，适于喷涂较低熔点材料。

2）电极。电极也是喷枪的关键部件和易损件，头部材料为钨-釷或钨-鈰合金，基座材料为紫铜。使用过程中，电极头部温度高达20000K以上，局部热负荷相当高，容易烧损。为提高电极寿命，必须加强冷却水对电极的冷却效果。

3）绝缘体。一方面在喷嘴和电极之间起绝缘作用，另一方面也起着气路和水路通道的作用。材料选用耐热性好的工程塑料，如聚砜和聚甲醛等，绝缘体端部气体分配环材料为聚酰亚胺。

4）水道头。既是喷枪水路的导通体，又是喷嘴、电极和绝缘体的安装定位套。材料为黄铜或青铜。内孔加工精度高，其加工质量的好坏，直接影响喷嘴、电极的同心度和冷却效果。

（2）整流电源。喷涂用的在整流电源是向喷枪提供电能的装置，其外特性和动特性及供电参数都应满足喷枪产生等离子弧的要求。目前电源多采用可控硅整流，如图2-28所示，电源主要由变压器、电抗器、整流器、接触器等组成。

离子喷涂电源的性能要求和技术参数

（3）控制系统。控制系统是整套设备的控制中心，一般是由三部分组成：电气控制系统、气路控制系统和工作状态监视系统（或称为安全报警系统）。控制系统与水电转接箱联合作用实现对整个喷涂过程的动作程序和工艺参数的控制、调节及监视（故障显示）。

电气控制系统包括：操作动作程序控制电路、电源电流触发控制电路、信号显示电路等。

操作动作程序控制电路是将各输入的条件信号经过逻辑组合（编程），输出控制信号来控制执行机构（电气元件），使其按工艺要求的顺序动作，并具有在非正常的工作状态时自行停机的保护功能。

目前国产设备程序控制电路的形式有三种：

1）固定程序继电器控制电路 是通过继电器接点的串并联来实现程序控制。目前部分国产设备仍采用这种方式。

2）PLC可编程控制器程序控制电路。利用PLC可编程控制器组成程序控制电路。目前部分国产和进口设备采用此方式。

3）计算机控制系统。采用微型计算机对整个喷涂系统的操作程序和工艺参数自动控制和数据存储，通过显示器来显示工作状态和工艺参数。部分进口设备采用此方式。

（4）送粉器。送粉器是在喷涂过程中定量向喷枪提供粉末的装置，一般要求：可送粉末粒度范围为：5-200μm；送粉量连续可调：5-150g/min；送粉精度：±1%。目前常用的有流化床式送粉器和容积式送粉器，后者工作时的参数变量是载气流量和粉筒工作压力（简称反压）以及送粉拾取轴的型号，一般固定拾取轴和载气两个变量，通过调节反压来改变送粉量的大小。某种粉末单位时间内的送粉量需要进行标定才能确定，标定工作不是一劳永逸的，粉末粒度差异、气体压力波动、拾取轴的磨损等都会带来送粉量的变化，所以要根据实际情况决定是否重新标定。一般情况下，造成送粉器出现故障的原因是“气密性”问题。载气管路老化、接头O型圈破损等都可能导致“气密性”问题。

（5）热交换系统。热交换系统有两种类型，一是水泵式制冷，另一种是氟利昂制冷即制冷机组。

1）水泵制冷式换热器。热交换过程分内外两路循环。内循环的流体是蒸馏水，其循环路径是：贮水罐→水泵→喷枪→换热器→贮水罐。外循环的流体是蓄水池水，其循环路径是：蓄水池水→水泵→换热器→蓄水池水。其基本原理是：用蒸馏水冷却喷枪，再用蓄水池水冷却蒸馏水。此种形式的热交换系统主要用于我国北方地区，因北方夏季蓄水池水经冷却水塔散热降温后水温可在25℃以下，而南方则不具备这个条件。

2）氟利昂制冷式换热器.

3．涂层和工艺技术特点

（1）涂层结构特性。等离子喷涂涂层组织细密，氧化物含量和孔隙率较低，如氧化铬涂层孔隙率可控制到3%以下。涂层与基体间的结合以及涂层粒子间的结合形式除以机械结合为主外，还可以产生微区冶金结合和物理结合，涂层结合强度较高，最高可达50MPa。

（2）工艺技术特点。

等离子喷涂相较其它喷涂方法，有其特点。

1）喷涂材料范围广泛，从低熔点的铝合金到高熔点的氧化锆都可以喷涂。

2）涂层结合强度高，孔隙率低、氧化物夹杂少。

3）设备控制精度高，可以制备精细涂层。

4．主要工艺参数

等离子喷涂在所有热喷涂工艺方法中复杂程度最高，其可调控的参数多达十几个。等离子喷涂操作最主要的依据是设备厂家提供的工艺技术手册。以Sulzer Metco公司为例，其工艺技术手册详细规定了近百种材料的喷涂工艺规范，这些工艺规范不一定是最佳的，但基本是合理的，操作者可以参照该工艺规范进行操作，并在生产过程中逐步优化。

（1）等离子气体的选用。国内一般用氮气或氩气作为等离子喷涂的主气，用氢气作为辅助气体。氮气（N2）为双原子气体，分解能大，导热系数高，焓值高。Ar是单原子气体，没有分解能，导热系数和焓值均比N2低得多。氢气（H2）不仅分解能大，其导热系数比N2、Ar高几十倍，在N2或Ar中加入少量的H2可显著提高等离子弧电压。所以，喷涂高熔点材料，如ZrO2、Al2O3、W等，主气应选氮气并混加少量氢气（具体量值根据弧电压而定）；喷涂金属合金、金属碳化物等则可以选氩气为主气，氢气为辅助气。若从降低成本方面考虑，应尽量使用氮气作为工作气体，氮气的价格约为氩气的三分之一。

（2）送粉量。送粉量的大小是影响涂层组织结构和沉积效率的重要参数，若送粉量过大，不仅降低粉末沉积效率，还会增加涂层中孔洞和未熔粒子数量，导致涂层质量下降。若送粉量过小，除增大喷涂成本外，还可能造成零件过热，涂层开裂等不良后果。

四、可控气氛等离子喷涂

可控气氛等离子喷涂是指在含有特定气体气氛的密闭室中完成的等离子喷涂。常用等离子气体有氩气、氦气、氮气、氢气或它们的混合物，利用适当的控制系统操纵喷枪和工件，同时由符合规定条件的喷涂室外的送粉器将粉末连续送入喷枪。当密封室内可控气氛气体压力低于大气压时，又称低压等离子喷涂或真空等离子喷涂（VPS），真空等离子喷涂是可控气氛等离子喷涂的一种特殊方式。

1．真空等离子喷涂设备组成

ZB-3000型真空等离子喷涂设备的主机为ZB-80等离子喷涂系统，配备真空室、过滤器、真空机组、控制柜、真空喷涂枪及机械手等组成一套完整的真空等离子喷涂系统。

（1）真空室。采用不锈钢焊接而成，双层水冷结构，内部尺寸φ2000mm×2600mm，外形尺寸约为：φ2200mm×3200mm，真空室极限真空度为1Pa，工作真空度为1000Pa。

（2）过滤器。材质为不锈钢，油浴水冷结构，既可以降低喷涂室中抽出的气体的温度，又可以有效去除气体中的粉尘，保护真空机组，提高其使用寿命。

（3）真空机组。真空机组前级泵采用2H70滑阀泵，主泵为ZJ300罗茨泵，维持泵为H-40滑阀泵。

（4）控制柜。控制柜用于控制真空机组和阀门的开闭及对工件进行预热、清洗等控制。

（5）真空等离子喷涂枪及工件操作系统。采用ZB-Q型真空等离子喷涂枪、ZB-Z型真空转台和MOTORMAN 机械手。机械手持重7Kg、重复定位精度±0.1mm；真空转台为可倾斜式，承重250Kg。

2．真空等离子喷涂工作原理及特点

将等离子喷枪、工件及其运转机械置于低真空（2-12KPa）有氩气氛保护的密闭室内，在室外控制喷涂过程。通过真空机组和过滤器保持密闭室的真空度。

低真空环境下的喷涂与大气等离子喷涂相比具有以下显著特点：

（1）等离子射流的速度和温度都比大气等离子喷涂明显提高，压力愈低，射流速度和温度就愈高。

（2）粉末在等离子射流高温区域滞留的时间增加，受热更均匀，飞行速度更高。

（3）可大幅度提高基体表面预热温度；还可以用反向转移弧对基体进行溅射清洗，清除氧化物和污垢；使涂层和基体的结合状况得到改善。

（4）粉末和基体表面完全避免了氧化，能制备各种活性金属材料涂层。

（5）由于以上原因，使得涂层结合强度大幅度提高，气孔率大幅度降低、涂层残余应力减小，涂层质量明显改善。

（6）真空等离子喷涂设备复杂，价格昂贵，推广应用难度很大。

五、溶液等离子喷涂

溶液等离子喷涂技术是采用包含纳米粒子的溶液或料浆（取代传统的粉末材料）作为等离子喷涂涂层材料，制备具有纳米结构的涂层。区别于粉末等离子喷涂技术（粉末作为涂层材料），为等离子喷涂技术提供了崭新的工艺方法。技术原理为：将具有一定粘度的纳米溶液（料浆）作为等离子喷涂涂层材料，经载气流或输送泵送入等离子弧焰中，经雾化后被等离子弧焰高温加热蒸发、反应沉积、烧结最后在基体上形成具有纳米结构的纳米涂层。技术原理和工艺过程示意如图所示。

1．工艺过程

将具有一定粘度、含有纳米颗粒（粒径为5-20nm，）的纳米溶液（料浆）经输送器输送（可用载气流输送，也可以用输送泵输送）到等离子弧焰中，按上述原理，喷射沉积到零件基体表面，形成纳米结构涂层。

2．涂层性能

溶液（料浆）等离子喷涂技术，有效地解决了纳米粉末材料在等离子喷涂过程中难以输送和涂层制备工艺过程中抑制纳米粒子长大趋势的关键技术，可得到完全纳米相结构涂层。

1-料浆（溶液）储存罐 2-调节阀 3-输送管 4-电极 5-喷嘴 6-等离子电弧

7-溶滴 8-等离子弧焰 9-喷涂粒子流 10-涂层 11-基体

采用多种混合溶液（料浆）可制备纳米复合涂层；采用多个溶液（料浆）容器输送器同时输送不同的喷涂涂层材料，并相应改变不同溶液（料浆）输送量大小，可制备纳米梯度功能涂层和其它功能涂层。

纳米粉末等离子喷涂技术是将纳米粉末材料经喷雾干燥团聚制备成微米颗粒（一般为45-90um）的粉末材料来满足等离子喷涂工艺的要求，即经团聚后的微米颗粒由于颗粒间的内聚强度不够，存在二次分散的可能，这点在研究过程得到验证。

解决这一问题的方法是再进行高温烧结、球化处理，不可避免地使纳米粒子长大，经等离子喷涂后得到的涂层仅有部分纳米相存在。溶液（料浆）等离子喷涂涂层主要特点如下：

（1）减少了纳米粒子之间的烧结作用，晶粒长大过程被有效地抑制或缓减，涂层晶粒尺寸一般≤70nm，具有均匀的纳米级和亚微米级孔隙；

（2）涂层无层片状晶界；

（3）表面粗糙度可≥2.2um，可制备薄涂层；

（4）涂层具有良好的韧性，抗热震性好，隔热效率高，有效地提高了涂层的使用寿命；

（5）涂层制备成本较传统粉末等离子喷涂低，生产效率高；

（6）涂层经热处理后，可有效地保持纳米结构、改善涂层自身强度和基体材料的结合强度。

溶液（料浆）等离子喷涂技术仍处在研究期间，为使涂层进入使用阶段需要进行后烧结处理。达到提高涂层自身强度和涂层基体结合强度的目的。

六、高速等离子喷涂

上世纪九十年代初美国的TAFA公司将“超音速原理”引入等离子喷枪的设计制造中，研制成功高能等离子喷涂系统Plaz Jet。与常规大气等离子喷涂相比，Plaz Jet的电流输出并无太大变化，而是成倍地提高了输出电压，输出功率提高了3-4倍；PlazJet等离子焰流速度高达2000m/s，粒子速度提高了2-3倍；送粉速率最高可达15kg/h，喷涂效率为普通等离子喷涂效率的3-6倍，同时喷涂沉积率也大大提高，涂层质量明显改善，氧化物陶瓷涂层性能接近烧结状态。

1．原理

大流量的等离子气体在电极头周围沿径向送入，在细长管形喷嘴通道内产生旋流。喷嘴和电极间加以很高的空载电压（DC600V），通过高频引弧装置引燃电弧，电弧在强烈的旋涡气流的作用下，向中心压缩，被引出喷嘴外部，电弧的阳极区落在喷嘴出口面上。在此种条件下，弧柱被拉长到130mm以上，弧电压高达400V，在弧电流为500A的情况下，电弧功率高达200KW。如此长的弧柱和功率，能够对等离子气体充分加热，当极高温度的等离子气体离开喷嘴后就可产生超音速等离子射流。

2．设备组成

PlazJet高速等离子喷涂系统的设备组成与普通等离子类似，也是由喷枪、整流电源、控制系统、热交换系统、送粉器、水电转接箱六部分构成。与普通等离子喷涂系统相比较其特点为：

（1）喷枪结构有较大变化，喷嘴阳极呈细长管形。

（2）由于喷枪正常使用功率为200KW，要求热交换系统制冷量为70KW。

（3）流量控制系统：流量计耐压可达1.2 MPa，流量范围为30-400升/分钟。

（4）空载电压高达DC600V。

3．涂层和工艺特点

Plaz Jet高速等离子喷涂系统与普通大气等离子喷涂相比，有以下特点：

（1）等离子射流集中、焰流长 由于弧柱受到长距离压缩，使得等离子射流集中，能量密度高，喷嘴外射流长度是普通等离子的3-4倍。

（2）喷涂粉末加热时间长，熔粒速度高，喷涂速率高 由于喷嘴外等离子射流的长度可达130mm以上，粉末在焰流中停留的时间相对较长，熔粒的飞行速度是普通等离子的2-3倍，可大幅度提高送粉量，使喷涂速率提高4-8倍。

（3）等离子射流功率大、温度高、适合喷涂高熔点的金属氧化物涂层 正常使用功率为200KW，射流温度达7000℃，射流长度达130mm，可使高熔点粉末粒子在获得高速度的同时得到充分的加热而呈熔化或半熔化状态。