近年来,微等离子喷涂工艺和喷涂技术的冷喷工艺成为令人感兴趣的研究课题。微等离子喷涂工艺是在20世纪90年代由乌克兰帕顿焊接所开发的。与传统的APS工艺相比,微等离子喷涂具有层流等离子射流、功率低(1~3KW)、气体消耗量少(<3L/min)、噪声低(30~50dB)、基体受热低、喷点小(<5mm)的特点。用这种工艺,尽管功率低,但可喷涂各种喷涂材料。由于喷点小,用微等离子喷涂工艺可以制备精确的涂层。因基体受热低,这种工艺特别适合喷涂小零件和薄壁零件。由于喷涂设备不重(<70kg),也适合现场维修。
在低压等离子喷涂(LPPS)技术方面,人们开发了一种在大面积表面沉积薄膜的“低压等离子薄膜喷涂”新工艺。这种工艺采用以低压工作的等离子喷枪制备涂层,其厚度可弥补传统的化学气相沉积/物理气相沉积(CVD/PVD)的沉积层薄和热喷涂层层厚的空档。改进后的LPPS工艺,等离子体几何长度的扩展使粉末载体气流在等离子内部均匀分布,以至于熔融粒子可以在大面积基体表面形成覆盖。由于粒子的沉积率高,在很短的时间内就可制的涂层,且涂层显出均质、层薄、致密的微观结构。
冷喷工艺是在20世纪80年代中期由前苏联开发的,其冷喷原理是喷涂材料不再加热熔化,而是只加热到约500℃或稍高一些的中等温度,通过高速喷涂粒子撞击基体表面时产生塑性变形来构成涂层。冷喷过程中,高压热气体通常为氮气、氦气或它们的混合物,高压热气体通过拉瓦尔喷嘴被加速到超音速,喷涂材料以粉末形式注入气流并喷向基体。喷涂粒子超过一定的速度,就可在冲击过程中产生致密、结合牢固的涂层。冷喷工艺需要高的气压(约3.5MPa或更高)和高的气流速度(高于90m3/h)。根据设备情况,气体温度可加热到约800℃,粒子速度可达1000m/s以上。基于该工艺的特性,冷喷涂层有如下特点:(1)涂层致密高;(2)喷涂材料氧化程度低;(3)给基体的热量少;(4)喷涂材料形变打;(5)相及成分稳定。然而正是以上提到的冷喷工艺特点,喷涂粉末尺寸分布和喷涂材料特性对于冷喷工艺比对其他工艺影响更大。在某种程度上,粒子的延展性是获得致密涂层的关键。
此外,在高速火焰喷涂(HVOF)技术上,开发了一种新的技术即HVAF工艺,这种技术使粒子温度介于传统的HVOF工艺和冷喷工艺的粒子温度之间。新研制的HVAF系统通过在高热气体(2250℃)中加入适量水控制粒子温度,从而使粒子温度处于从HVOF工艺和冷喷工艺中间的空白温度区间。水流量可调,使粒子尽量不熔化,但比在冷喷条件下的延展性好多了。值得一提的是,近年来反应喷涂技术也得到了进一步发展,即利用喷涂过程中喷涂材料各组分之间或喷涂材料与喷涂气体之间的化学反应,原位合成特殊成分的涂层,例如,在喷涂钛合金涂层时,通过高频等离子喷涂过程中的氮气与钛合金反应,形成钛合金-氮化钛复合涂层,极大地提高了钛合金涂层的耐磨性能。
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