1 冷气动力喷涂
冷气动力喷涂，简称冷喷涂，根据不同喷涂材料及零件基体，冷喷涂中工作气体可为N2或He，工作气体温度200~1100℃、压力1.0~4.5MPa，将固态粒子加速至300~1200m/s，与零件基体碰撞发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层，粒子沉积主要靠其动能来实现。冷喷涂可有效避免喷涂粉末材料的氧化、分解、相变、晶粒长大，对基体几乎没有热影响，可用来喷涂对温度敏感的易氧化材料、纳米材料。需特别注意的是冷喷涂对喷涂粉末材料粒度、形态及纯度（如含氧量）要求十分严格，国际上只有少数几家粉末材料供应商可提供冷喷涂粉末货架产品，且价格昂贵。冷喷涂制备Al、Cu、Cu合金、Ti、Ta、TiAl、FeAl、AlNi、Ni合金等涂层非常成功，通过真空扩散热处理可实现冷喷涂涂层与零件基体间冶金结合，结合强度可达200MPa以上。图1为典型高压冷喷涂枪体。
图1 高压冷喷涂枪体
Fig.1 High pressure cold gas dynamic spray gun
2 超低压等离子喷涂
超低压等离子喷涂（PlasmaSpray-PhysicalVaporDeposition，PS-PVD），是在低压等离子体喷涂（LowPressurePlasmaSpray，LPPS，喷涂时压力为几千帕）基础上，进一步降低真空室的工作压力至几百帕甚至100Pa以下，同时大幅度提高等离子喷枪功率，将粉末加热熔化、并有部分气化，在等离子射流中同时存在气液两相，沉积形成涂层的过程。通过粉末颗粒加热状态控制可获得气相沉积与颗粒沉积的混合组织，既可制备薄膜，也可制备厚度数百µm的涂层。制备的MCrAlY涂层孔隙率低，结合强度可达80MPa以上，通过扩散处理可进一步提高结合强度。制备的YSZ陶瓷涂层呈现类似EB-PVD的柱状晶结构，如图2所示。
图2 PS-PVD制备的YSZ陶瓷涂层微观形貌
Fig.2 Microstructure of YSZ layer madeby PS-PVD
3 溶液等离子喷涂
溶液等离子喷涂根据液体喂料不同，分为前驱体溶液等离子喷涂（SolutionPrecursorPlasmaSpray,SPPS）和微纳米颗粒悬浮液等离子喷涂（SuspensionPlasmaSpray,SPS），将液体喂料直接送入等离子焰流在零件表面沉积形成涂层。采用前驱体化合物液体直接喷涂制备纳米结构热障涂层，简化传统纳米氧化锆粉末喷涂涂层制备的复杂工序，可降低材料损耗和工艺过程成本。并且溶液等离子喷涂制备纳米结构热障涂层能有效避免纳米晶粒长大，涂层孔隙细小、分布均匀。美国英佛曼公司采用前驱体化合物液体喂料，采用大气等离子喷涂设备成功制造带垂直裂纹结构的纳米热障涂层，其热冲击寿命超过EB-PVD工艺制备的热障涂层，比传统粉末等离子喷涂工艺制备的热障涂层寿命提高1倍以上。
图3为溶液等离子喷涂技术制备的带垂直裂纹的热障涂层典型照片。采用悬浮液作喂料可解决普通粉末送粉器无法直接输送微纳米粉末的难题，在制备高孔隙率TiO2、Al2O3、ZrO2等功能涂层方面有较大进展，但存在设备喷涂功率需求大、涂层沉积效率低、结合强度低等缺点，要大面积推广还有大量工作要做。
图3 溶液等离子喷涂技术制备的带垂直裂纹的热障涂层
Fig.3 TBCs deposited by SPPS with vertical cracks
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