馮寶香樊星賈小恒吳曉東

（1.2.陜西國防科技工業(yè)技術(shù)開發(fā)中心，陜西 西安 710061）

（3西安圣德安全技術(shù)有限公司，陜西 西安 710061）

（4西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710201）

在工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展、相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步的過程當(dāng)中，人們對涂層功能以及結(jié)構(gòu)的綜合性能具有了更高的要求。在該種情況下，人們對高噴速、高純以及高熱源氣氛進(jìn)行了不斷的研究，其中，低壓等離子噴涂技術(shù)是于上世紀(jì)80年代得到研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)能夠在低壓保護(hù)性氣氛中進(jìn)行噴涂處理，通過對氣氛壓力的科學(xué)調(diào)節(jié)使可控制氣氛同熔融粒子發(fā)生作用，獲得具有低空隙率、高結(jié)合強度以及低雜質(zhì)涂層，具有非常好的應(yīng)用前景。

1 工藝特點

低壓等離子噴涂技術(shù)主要應(yīng)用在低于氣壓可控氣氛的密閉室當(dāng)中，在對工作氣體進(jìn)行等離子化處理后，其則將從低壓氣氛當(dāng)中以較快的速度膨脹噴出，以超音速射流。低壓環(huán)境特征的存在，則能夠使等離子焰流在軸向上逐漸降低溫度，具有較低的能量衰減率，同大氣環(huán)境下焰流速度相比，其具有更高的速度。在具體應(yīng)用當(dāng)中，其具有以下特點：第一，清潔。低保護(hù)性氣氛的存在，能保證原始材料成分同涂層成本具有一致性特征，在實際噴涂工作開展當(dāng)中，能夠避免粉末在高速焰流狀態(tài)下出現(xiàn)卷入到雜質(zhì)粒子的情況，并保證在噴涂當(dāng)中不會受到空氣的污染；第二，高速。在焰流速度提升的情況下，粉末例子在焰流當(dāng)中將具有更短的停留時間，在對粒子撞擊基體速度進(jìn)行提升的情況下對涂層的結(jié)合強度以及致密性起到了有效的改善效果。同時，在低壓環(huán)境下，也能夠在對熔滴平鋪性能進(jìn)行提升的基礎(chǔ)上獲得更好的涂層致密度；第三，長焰流。在實際噴涂工作當(dāng)中，焰以噴嘴內(nèi)部壓力同密閉式內(nèi)壓力間差異情況的存在，則會在湍流程度方面存在一定的差異，即當(dāng)具有較大壓力差的情況下，當(dāng)具有較低密閉式內(nèi)壓力時，也將獲得更長的等離子焰流，即當(dāng)氣氛壓力降低時，等離子噴涂焰流將隨之變長變粗。在低壓環(huán)境當(dāng)中，則會使粉末具有更大的受熱區(qū)域，在具有均勻受熱的情況下使噴距對涂層質(zhì)量具有更小的影響。該種特征的存在，也使得該噴涂技術(shù)非常適合應(yīng)用在長徑比管狀零件的噴涂當(dāng)中；第四，電清理。在該技術(shù)當(dāng)中，通過反向轉(zhuǎn)移弧技術(shù)的應(yīng)用清理工件表面，在對表面存在的污垢以及氧化膜進(jìn)行去除的基礎(chǔ)上凈化表面，實現(xiàn)基體表面位置活性的提升。因低壓噴涂粒子動能大、速度高特征的存在，基體則可以在不進(jìn)行粗化處理的情況下即能夠?qū)σ苯鸾Y(jié)合目標(biāo)進(jìn)行實現(xiàn)，在對噴砂等環(huán)節(jié)進(jìn)行省卻的情況下獲得具有更高結(jié)合強度的涂層。

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1 熱障涂層

最初，航空航天在熱障涂層制備工作當(dāng)中對低壓等離子噴涂技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用。發(fā)動機渦輪葉片通過熱障涂層的應(yīng)用，則能夠?qū)岫说牟考囟冗M(jìn)行降低，在對葉片壽命進(jìn)行延長的基礎(chǔ)上實現(xiàn)飛行發(fā)動機效率與推理的提升。對于熱障涂層來說，其通常由金屬粘結(jié)底層與陶瓷隔熱面層兩方面組成，其中，金屬粘結(jié)底層能夠?qū)w合金同陶瓷面層的物理相容性進(jìn)行有效的改善，使基體具有更高的抗氧化能力，陶瓷隔熱面層則能夠?qū)w表面溫度進(jìn)行有效的降低。通過低壓等離子噴涂技術(shù)的應(yīng)用，所獲得的熱障涂層具有更高的致密度以及更低的含氧量。目前，NASA通過LPPS技術(shù)制作的Y2O3-ZrO2涂層，同大氣環(huán)境下制作的部件相比，具有其5倍長的使用壽命。在使用該技術(shù)在普通鋼材料商對熱障涂層進(jìn)行制備時，當(dāng)壓力不斷提升時，粉末在充分融化情況下，則將獲得更高的致密度。同APS技術(shù)相比，該技術(shù)所制作的圖層表面更加順滑。

2.2 抗氣蝕涂層

氣蝕也稱作空蝕，是海洋裝備在實際工作當(dāng)中所面對的一項難題。即流體在壓力變化以及高速流動影響下，金屬在同流體接觸在表面發(fā)生的腐蝕破壞問題。目前，有研究人員已經(jīng)通過等離子噴涂技術(shù)的應(yīng)用在易氣蝕材料的表面對抗氣蝕合金涂層進(jìn)行制備，并獲取了一定的研究成果。有研究人員在不銹鋼表面通過LPPS技術(shù)的應(yīng)用對1000μm的NiTi涂層進(jìn)行制備，原料為經(jīng)過合金化處理的Ti以及Ni混合粉。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，粉末咋已經(jīng)過合金化處理之后，其同混合粉制備的涂層相比在耐氣蝕性能方面具有更優(yōu)的表現(xiàn)，以此發(fā)現(xiàn)涂層抗氣蝕能力的高低同涂層表面的孔隙率以及粗糙度具有著密切的聯(lián)系。目前，LPPS技術(shù)僅僅能夠在易氣蝕基體表面對涂層進(jìn)行制備，但在可移動式的現(xiàn)場恢復(fù)工作中，則很難實現(xiàn)目標(biāo)。

2.3 面向等離子體材料

面向等離子體材料是核聚變反應(yīng)裝置當(dāng)中直接面對等離子體限制器以及偏濾器材料，在實際應(yīng)用當(dāng)中，該材料需要對高熱量、高能粒子的沖擊進(jìn)行承受，是對聚變裝置進(jìn)行構(gòu)建的關(guān)鍵性內(nèi)容。在以往處理當(dāng)中，所使用的方式即將PFMs直接同熱沉材料進(jìn)行連接，在該材料制作當(dāng)中，LPPS技術(shù)不僅能夠始終在低壓可控氣氛當(dāng)中進(jìn)行處理，能夠保證涂層在此過程當(dāng)中不會受到污染，且因低成本、高沉積率特征的存在在該材料制作方面占據(jù)了較大的優(yōu)勢，并因此使較多人員在該方面開展了研究。目前，有研究人員通過該技術(shù)的應(yīng)用在CuCrZr合金表面對W/Ti合金涂層進(jìn)行了制備，獲得了致密涂層組織，其中W涂層具有較低的含氧量。當(dāng)熱通量不斷增加時，涂層表面并沒有發(fā)生剝落情況，且沒有發(fā)生裂紋。

3 結(jié)語

在上文中，我們對低壓等離子噴涂技術(shù)在功能性涂層的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了一定的研究。目前，該技術(shù)已經(jīng)較為廣泛的應(yīng)用在了核電以及航空航天等領(lǐng)域當(dāng)中，在未來工作中，也需要加強該技術(shù)的研究應(yīng)用力度，做好新功能性涂層的開發(fā)。

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