高速等離子噴涂主要工藝參數(shù)有研究結果表明：噴嘴孔徑和噴涂距離是影響涂層性能的兩個重要工藝參數(shù)。（１）噴嘴孔徑的影響ＰｌａｚＪｅｔ高速等離子噴涂系統(tǒng)配有三種型號的噴嘴。噴涂Ｃｒ２Ｏ３時高能等離子槍比普通等離子焰流長４～６倍。（２）噴涂距離的影響ＰｌａｚＪｅｔ噴涂系統(tǒng)粒子速度的測試結果表明，粉末粒子在距離噴嘴出口１６０～１８０ｍｍ時，速度基本達到最大，而ＰｌａｚＪｅｔ的射流長度一般為１３０～１５０ｍｍ，為避免等離子焰流對噴涂工件的傳熱，正常的噴涂距離應大于１８０ｍｍ。ＰｌａｚＪｅｔ噴涂系統(tǒng)噴嘴特性噴嘴型號 噴嘴孔徑／ｍｍ         形狀特征Ａ 

高速等離子噴涂涂層和工藝特點ＰｌａｚＪｅｔ高速等離子噴涂系統(tǒng)與普通大氣等離子噴涂相比，有以下特點：１）等離子射流集中、焰流長。由于弧柱受到長距離壓縮，使得等離子射流集中，能量密度高，噴嘴外射流長度是普通等離子的３～４倍。２）噴涂粉末加熱時間長，熔粒速度高，噴涂速率高。由于噴嘴外等離子射流的長度可達１３０ｍｍ以上，粉末在焰流中停留的時間相對較長，熔粒的飛行速度是普通等離子的２～３倍，可大幅度提高送粉量，使噴涂速率提高４～８倍。３）等離子射流功率大、溫度高、適合噴涂高熔點的金屬氧化物涂層。正常使用功率為２００ｋＷ，射流溫度達７０００℃，射流長度達１３０ｍｍ，可使高熔點粉末粒子在獲得高速度的同時得到充分的加熱而呈熔化或半熔化狀態(tài)。４）涂層結合強度高，孔隙率低，硬度

高速等離子噴涂設備組成ＰｌａｚＪｅｔ高速等離子噴涂系統(tǒng)的設備組成與普通等離子類似，也是由噴槍、整流電源、控制系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、送粉器、水電轉(zhuǎn)接箱六部分構成。與普通等離子噴涂系統(tǒng)相比較其特點為：１）噴槍結構有較大變化，噴嘴陽極呈細長管形。２）由于噴槍正常使用功率為２００ｋＷ，要求熱交換系統(tǒng)制冷量為７０ｋＷ。３）流量控制系統(tǒng)：流量計耐壓可達１２ＭＰａ，流量范圍為３０～４００Ｌ／ｍｉｎ。４）空載電壓高達６００ＶＤＣ。

高速等離子噴涂２０世紀９０年代初美國的ＴＡＦＡ公司將“超聲速原理”引入等離子噴槍的設計制造中，研制成功高能等離子噴涂系統(tǒng)ＰｌａｚＪｅｔ。與常規(guī)大氣等離子噴涂相比，ＰｌａｚＪｅｔ的電流輸出并無太大變化，而是成倍地提高了輸出電壓，輸出功率提高了３～４倍；ＰｌａｚＪｅｔ等離子焰流速度高達２０００ｍ／ｓ，粒子速度提高了２～３倍；送粉速率最高可達１５ｋｇ／ｈ，噴涂效率為普通等離子噴涂效率的３～６倍，同時噴涂沉積率也大大提高，涂層質(zhì)量明顯改善，氧化物陶瓷涂層性能接近燒結狀態(tài)。高速等離子噴涂原理大流量的等離子氣體在電極頭周圍沿徑向送入，在細長管形噴嘴通道內(nèi)產(chǎn)生旋流。噴嘴和電極間加以很高的空載電壓（６００ＶＤＣ），通過高頻引弧裝置引燃電弧。電弧在強烈的旋渦氣流的作用下，向中心壓縮，被引出噴

溶液等離子噴涂涂層性能溶液（料漿）等離子噴涂技術有效地解決了納米粉末材料在等離子噴涂過程中難以輸送和涂層制備工藝過程中抑制納米粒子長大趨勢的關鍵技術，可得到完全納米相結構涂層。采用多種混合溶液（料漿）可制備納米復合涂層；采用多個溶液（料漿）容器輸送器同時輸送不同的噴涂涂層材料，并相應改變不同溶液（料漿）輸送量大小，可制備納米梯度功能涂層和其他功能涂層。納米粉末等離子噴涂技術是將納米粉末材料經(jīng)噴霧干燥團聚制備成微米顆粒（一般為４５～９０μｍ）的粉末材料來滿足等離子噴涂工藝的要求，即經(jīng)團聚后的微米顆粒由于顆粒間的內(nèi)聚強度不夠，存在二次分散的可能，這點在研究過程得到驗證。解決這一問題的方法是再進行高溫燒結、球化處理，不可避免地使納米粒子長大，經(jīng)等離子噴涂后得到的涂層僅有部分納米相存在。溶

溶液等離子噴涂溶液等離子噴涂技術是采用包含納米粒子的溶液或料漿（取代傳統(tǒng)的粉末材料）作為等離子噴涂涂層材料，制備具有納米結構的涂層。區(qū)別于粉末等離子噴涂技術（粉末作為涂層材料），為等離子噴涂技術提供了嶄新的工藝方法。技術原理為：將具有一定粘度的納米溶液（料漿）作為等離子噴涂涂層材料，經(jīng)載氣流或輸送泵送入等離子弧焰中，經(jīng)霧化后被等離子弧焰高溫加熱蒸發(fā)、反應沉積、燒結，最后在基體上形成具有納米結構的納米涂層。工藝過程將具有一定粘度、含有納米顆粒（粒徑為５～２０ｎｍ）的納米溶液（料漿）經(jīng)輸送器輸送（可用載氣流輸送，也可以用輸送泵輸送）到等離子弧焰中，按上述原理噴射沉積到零件基體表面，形成納米結構涂層。

真空等離子噴涂工作原理及特點將等離子噴槍、工件及其運轉(zhuǎn)機械置于低真空（２～１２ｋＰａ）有氬氣氛保護的密閉室內(nèi)，在室外控制噴涂過程。通過真空機組和過濾器保持密閉室的真空度。真空等離子噴涂工作原理圖低真空環(huán)境下的噴涂與大氣等離子噴涂相比具有以下顯著特點：１）等離子射流的速度和溫度都比大氣等離子噴涂明顯提高，壓力愈低，射流速度和溫度就愈高。２）粉末在等離子射流高溫區(qū)域滯留的時間增加，受熱更均勻，飛行速度更高。３）可大幅度提高基體表面預熱溫度；還可以用反向轉(zhuǎn)移弧對基體進行濺射清洗，清除氧化物和污垢，使涂層和基體的結合狀況得到改善。４）粉末和基體表面完全避免了氧化，能制備各種活性金屬材料涂層。５）由于以上原因，使得涂層結合強度大幅度提高，氣孔率

真空等離子噴涂設備組成ＺＢ３０００型真空等離子噴涂設備的主機為ＺＢ８０等離子噴涂系統(tǒng)，配備真空室、過濾器、真空機組、控制柜、真空噴涂槍及機械手等組成一套完整的真空等離子噴涂系統(tǒng)。（１）真空室采用不銹鋼焊接而成，雙層水冷結構，內(nèi)部尺寸２０００ｍｍ×２６００ｍｍ，外形尺寸約為２２００ｍｍ×３２００ｍｍ，真空室極限真空度為１Ｐａ，工作真空度為１０００Ｐａ。（２）粉塵過濾器材質(zhì)為不銹鋼，油浴水冷結構，既可以降低噴涂室中抽出的氣體的溫度，又可以有效去除氣體中的粉塵，保護真空機組，提高其使用壽命。（３）真空機組真空機組前級泵采用２Ｈ７０滑閥泵，主泵為ＺＪ３００羅茨泵，維持泵為Ｈ４０滑閥泵。（４）控制柜控制柜用于控制真空機組和閥門的開閉及對工件進行預熱、清洗

可控氣氛等離子噴涂是指在含有特定氣體氣氛的密閉室中完成的等離子噴涂。常用等離子氣體有氬氣、氦氣、氮氣、氫氣或它們的混合物，利用適當?shù)目刂葡到y(tǒng)操縱噴槍和工件，同時由符合規(guī)定條件的噴涂室外的送粉器將粉末連續(xù)送入噴槍。當密封室內(nèi)可控氣氛氣體壓力低于大氣壓時，又稱低壓等離子噴涂或真空等離子噴涂（ＶＰＳ），真空等離子噴涂是可控氣氛等離子噴涂的一種特殊方式。下面以國產(chǎn)ＺＢ３０００型真空等離子噴涂系統(tǒng)為例，介紹其工作原理和設備構成。可控氣氛等離子噴涂原理圖１—工作室２—泵３—等離子噴槍４—送粉器５—工件臺

大氣等離子噴涂主要工藝參數(shù)等離子噴涂在所有熱噴涂工藝方法中復雜程度最高，其可調(diào)控的參數(shù)多達十幾個。等離子噴涂操作最主要的依據(jù)是設備廠家提供的工藝技術手冊。以ＳｕｌｚｅｒＭｅｔｃｏ公司為例，其工藝技術手冊詳細規(guī)定了近百種材料的噴涂工藝規(guī)范，這些工藝規(guī)范不一定是最佳的，但基本是合理的，操作者可以參照該工藝規(guī)范進行操作，并在生產(chǎn)過程中逐步優(yōu)化。（１）等離子氣體的選用國內(nèi)一般用氮氣或氬氣作為等離子噴涂的主氣，用氫氣作為輔助氣體。氮氣（Ｎ２）為雙原子氣體，分解能大，熱導率高，焓值高。Ａｒ是單原子氣體，沒有分解能，熱導率和焓值均比Ｎ２低得多。氫氣（Ｈ２）不僅分解能大，其熱導率比Ｎ２、Ａｒ高幾十倍，在Ｎ２或Ａｒ中加入少量的Ｈ２可顯著提高等離子弧電壓。所以，噴涂高熔點材料，如ＺｒＯ２、Ａｌ