续 等离子喷涂技术现状及发展
陈丽梅，李强
热处理技术与装备
3等离子喷涂技术的应用
等离子喷涂技术在耐磨涂层、耐蚀涂层等传统领域的应用已经较为广泛，从上世纪50年代至今，其应用领域由航空、航天扩展到了钢铁工业、汽车制造、石油化工、纺织机械、船舶等领域。近年来等离子喷涂技术在高新技术领域如纳米涂层材料、梯度功能材料、超导涂层、生物功能涂层等方面的应用研究渐渐受到人们的重视。
3．1纳米涂层材料
zhu等采用真空等离子喷涂制备了纳米可阢／C0涂层。发现涂层硬度、韧性和耐磨性较常规涂层都有较大的改善，在40．60N载荷下，纳米WC／Co涂层磨损率仅为常规涂层的l／6。Connecticut大学等对等离子喷涂纳米结构A1203-Ti02系涂层进行了系统的研究，包括纳米热喷涂粉末喷雾干燥团聚重构、等离子喷涂工艺参数优化、工艺诊断、模拟以及涂层结构与性能的分析，表明涂层具有双态显微结构，表现出独特的优异性能。与对应的常规涂层相比，结合强度增强100％，磨粒磨损抗力提高300％，压痕开裂抗力、弯曲和杯突试验表现的剥落抗力要高得多。中国上海硅酸盐研究所祝迎春等人研究了等离子喷涂过程中纳米Ti02的结构变化和粒子注入特性。研究发现，Ti02纳米颗粒由无定型转化为锐钛矿结构和金红石结构。涂层表现出良好的Li+注入电流和电化学稳定性。陈煌等利用大气等离子喷涂技术在不锈钢基体上制备了氧化锆纳米涂层。获得的涂层结构致密，孑L隙率约为7％，涂层和基体间的结合强度为45MPa，明显优于传统氧化锆涂层与基体的结合强度。
3．2梯度功能材料(FCMs)
等离子喷涂制备梯度功能材料是目前材料学中倍受关注的研究领域之一，其研究范围主要为梯度功能材料的设计、制备和性能评价三个方面。由于等离子焰流温度高，特别适用于喷涂难熔金属、陶瓷和复合材料涂层，这就为功能梯度材料的发展提供了更广阔的空间。目前以NiCrAlY作为中间层向金属上涂覆ZrO2涂层成为大多数等离子喷涂FGMs结构研究的热点，已建立起很好的制备工艺。另外，已被研究的其他它体系还包括：cu／w和cu／B4c、与A1203一cr203结合的Ni基合金、具有CoCrAlY或NiCoCrAlY的z向2、具有Mo的TiC、具有YSZ涂层的Ni一20％Cr、Ni／A1203、WC／Co等[19]。K．A．Ⅺlor等人对YSz／NiCoCrAlY体系的研究表明，与传统的双层材料相比，功能梯度涂层具有更优异的性能。得到的FGM涂层的结合强度为18MPa，双层涂层仅为9MPa，而涂层的抗热循环寿命FCM涂层是双层涂层的6倍。
3．3超导涂层
等离子喷涂弧温很高，特别适用于喷涂复合氧化物陶瓷，不需要保护气氛，能够喷涂具有复杂形状的超导制件，沉积效率高，容易制备厚膜涂层和大面积涂层。适于等离子喷涂的超导陶瓷涂层材料主要有YBa2Cu3O7-x(YBCO)和Bi2Sr2Cu2Cao。YBCO是一种典型的超导材料，临界温度为94K。等离子喷涂的YBcO涂层由于喷涂过程中材料的氧损失，涂层结构中的孔隙、裂纹和粒子问的不均匀接触等不均匀性，使涂层并不具有超导特性。只有对涂层在氧气或空气气氛中进行适当的热处理，使涂层形成致密、均匀且较稳定的晶体结构，才能获得超导性。ⅦCO涂层的热处理条件为920℃×lh，降至400℃再保温1h。当将Bi2sr2Cu2Caoy陶瓷从高温急冷或淬冷后，它会产生超导态。这一特性对等离子喷涂具有特别的意义，因为等离子喷涂能使涂层材料获得高达l驴℃／s的急冷冷却速率，只要调整好等离子喷涂条件和工艺参数，很容易使Bi2Sr2cu2Cao)，的喷涂态涂层具有超导特性。
3．4生物功能涂层
等离子喷涂技术是制备医用生物涂层材料的有效方法。将特定组分的热喷涂粉末材料经高温熔化后沉积于金属人工骨植入物表面，形成以韧性金属为骨架，表面有陶瓷涂层的人工骨与人工关节，此方法充分发挥了金属和陶瓷两类材料的优点。国内外对等离子喷涂羟基磷灰石(HA)涂层和钛涂层的研究报导较多，并成功地应用于临床试验。羟基磷灰石涂层对生物体无毒，耐体液腐蚀，且对生物体组织有良好的适应性和亲和性，耐长期运动过程中的磨损，有足够的力学性能。钛质植人体具有较好的化学稳定性，并且与组织结合良好，与体液相容。用真空等离子喷涂在不锈钢牙根和接骨板上喷涂钛涂层在临床上已有成功的应用，这些涂层既利用了不锈钢的强度，又利用了钛涂层的生物相容性，防止不锈钢中有毒元素的释放。我国的上海硅酸盐研究所在生物涂层材料的研究方面也取得了较好的进展。
3.5其它应用
等离子喷涂时熔粒的冷却速度可达105～106K／s，这种高速冷却可在涂层中产生非晶态相的组织结构。大气等离子喷涂Fe基非晶合金热喷涂粉末(含si、B、Cr、Ni等)制备的高非晶含量的Fe基非晶合金涂层致密度高、孔隙率低、氧化物含量少，其显微硬度在HV0．1700～950内，结合强度在27MPa以上。等离子喷涂压电陶瓷涂层用于制作压电元件无需粘贴，尤其适用于大面积压电传感元件和压电作功元件阵列的制作。另外大气等离喷涂技术在制备固体氧化物燃料电池(SOFC)方面也有相关的研究和报道。
4等离子喷涂技术的发展趋势
等离子喷涂技术作为一种先进的工业技术，在近代工业中地位越来越重要，应用范围也在随着高新技术的发展而不断扩展，但仍存在许多问题需要解决，有以下几方面的发展趋势或方向：
1)研制全方位微电脑控制的高能、高速、高焓的新型等离子喷涂设备。深入研究探索新的诊断技术，利用现代测试技术，探索应用神经网络和模糊控制策略，实现等离子喷涂过程的智能控制，完善喷涂过程的实时诊断。
2)合理选择喷涂工艺，优化工艺参数，改善热喷涂粉末受热和熔化状态，减少环境对高温粒子的污染和氧化，从而形成性能优异的涂层。利用激光、超声波等现代技术，研究并应用复合工艺，使涂层结构更趋完善。
3)进一步研究涂层的形成机理、孔隙形成机理，寻求消除或减少孔隙率的方法，以及研究涂层与基体的结合机理等，提高涂层结合强度。
4)等离子弧或等离子火焰产生时，发出强烈的噪声损伤操作人员听觉器官，并辐射出红外、紫外线等，对人眼、皮肤伤害极大。因此，需研究开发出能有效防止光辐射、高噪音、有害衍生气体、粉尘及有害物质的新型等离子唼涂机，从而从根本上改善工作环境。
参考文献略
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