與傳統(tǒng)的大氣等離子噴涂技術(shù)和氣相物理沉積相比，低壓等離子噴涂作為一種熱噴涂技術(shù)，可以制備出更純，更致密，更高的結(jié)合強(qiáng)度涂層。主要介紹了低壓等離子噴涂的原理，分類和特點，回顧了低壓等離子噴涂的產(chǎn)生和發(fā)展，并與等離子噴涂，超低壓等離子噴涂和等離子噴涂沉積進(jìn)行了比較，并分析了其在涂料中的獨特性。準(zhǔn)備優(yōu)勢。進(jìn)一步介紹了國內(nèi)外低壓等離子噴涂技術(shù)在熱障涂層，燃料電池，太陽能，半導(dǎo)體等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，并期待其發(fā)展。指出，未來低壓等離子噴涂技術(shù)的主要發(fā)展方向在于對等離子噴涂火焰流和材料基體機(jī)理的深入研究，以及與其他尖端技術(shù)的復(fù)合。
作為材料科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，熱噴涂技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。技術(shù)原理是使用氣體燃燒或放電將原料顆粒加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，然后通過火焰噴射或壓縮空氣將其噴涂到基材上。顆粒最終變平并固化為堆疊的碎片，并形成涂層。熱噴涂涂層的優(yōu)點是耐磨，減少摩擦，隔熱，絕緣，耐高溫，抗氧化，抗微波輻射等功能特性，以及修復(fù)因磨損和腐蝕而導(dǎo)致的零件尺寸減小的優(yōu)點。 。節(jié)約材料和能源的目的已廣泛應(yīng)用于航空航天，汽車和造船，石油化工等領(lǐng)域。
等離子噴涂技術(shù)是1970年代開發(fā)的一種熱噴涂技術(shù)。與傳統(tǒng)的高壓氧氣燃料噴涂和電弧噴涂技術(shù)相比，等離子噴涂技術(shù)顯示出更高的效率。等離子噴涂可提供與基材的出色附著力和緊湊的結(jié)構(gòu)，可變的厚度和低的熱應(yīng)變，特別適用于形成無定形涂層。隨著使用環(huán)境對涂層性能要求的提高和噴涂技術(shù)的創(chuàng)新，等離子噴涂技術(shù)得到了新的發(fā)展，例如超聲波等離子噴涂和低壓等離子噴涂。本文主要概述了低壓等離子噴涂技術(shù)的特點和研究現(xiàn)狀。
1低壓等離子噴涂的原理和特點
1.1原理
等離子噴涂技術(shù)利用直流電驅(qū)動的等離子弧作為熱源，將陶瓷，合金，金屬和其他材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并以高速將其噴涂到預(yù)處理基材的表面，從而形成附著牢固涂層的方法。其原理如圖1所示。在噴槍電極（陰極）和噴嘴（陽極）之間施加高壓，并由高頻振蕩器激發(fā)，以將氣體（氬氣，氮氣，氫氣等）電離為形成弧線。當(dāng)通過具有特殊孔形狀的噴嘴時，電弧被機(jī)械壓縮，并且電弧的橫截面積減小。同時，它被來自外部的連續(xù)冷空氣流和具有良好導(dǎo)熱性的冷噴嘴孔壁所冷卻。電弧塔周圍的氣體被強(qiáng)烈冷卻。溫度降低，導(dǎo)電橫截面收縮，從而產(chǎn)生熱收縮效果，電弧被進(jìn)一步壓縮，導(dǎo)致電弧電流僅流過電弧柱的中心。電弧電流密度急劇增加，形成高度壓縮的高速等離子流。噴粉通過送粉氣體（兩種方式：從噴槍送粉和從噴槍送粉）被加載到等離子火焰流中，從而使粉末快速熔化或半融化，然后噴涂在火焰的表面上。工件在高速下形成致密的鱗片狀涂層。
1.2分類與特點
將等離子噴涂設(shè)備置于低壓保護(hù)氣體中進(jìn)行操作，可以獲得具有高結(jié)合強(qiáng)度，更致密的結(jié)構(gòu)和更少的組件污染的涂層。根據(jù)保護(hù)氣體壓力的大小，大致可分為低壓等離子噴涂，超低壓等離子噴涂和噴射等離子噴涂技術(shù)。
低壓等離子噴涂技術(shù)由Steson和Hauk在1960年代提出。 1973年，美國EPI公司開發(fā)了第一臺低壓等離子噴涂設(shè)備。在1980年代，公司成功開發(fā)了等離子噴涂技術(shù)，真空技術(shù)和自動控制技術(shù)。低壓等離子噴涂技術(shù)具有現(xiàn)代意義，并實現(xiàn)了其商業(yè)化生產(chǎn)和銷售。等離子流中有固液兩相，并獲得了涂層的分層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。低壓等離子噴涂顆粒處于熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)，但使用低高壓等離子噴涂（LPPS）通過控制沉積氣氛以將噴涂粒子的速度保持在較高水平，可以顯著防止粉末氧化，從而使LPPS涂層和基材之間具有高粘結(jié)強(qiáng)度，從而改善了涂層性能。
超低壓等離子噴涂是在低壓等離子噴涂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型噴涂技術(shù)，由Sulzer Metco AG和法國蒙貝利亞-貝爾福特技術(shù)大學(xué)LERMPS實驗室首先提出。超低壓等離子噴涂（VLPPS）是在惰性氣氛保護(hù)下，在100～1000 Pa的異常低壓下運(yùn)行的，可用于制造陶瓷和金屬涂層。與大氣壓等離子體噴涂（APS）甚至低壓等離子體噴涂（LPPS）相比，等離子體流的結(jié)構(gòu)和沉積機(jī)理有所不同，超低壓等離子噴涂涂層是由蒸氣凝結(jié)而成，而不是由沖擊后的扁平顆粒堆積，熔融顆粒的擴(kuò)散和固化所致。與低壓等離子噴涂相比，該技術(shù)工藝參數(shù)調(diào)節(jié)范圍大，可實現(xiàn)固相、液相、氣相的沉積，沉積速率低于0.5μm，能獲得理想層狀、柱狀或?qū)又鶑?fù)合結(jié)構(gòu)涂層，如圖3所示。
等離子噴射沉積是M.Gorski于1996年提出的一種新型等離子噴涂技術(shù)，結(jié)合了大氣等離子體噴涂（APS）和電子束物理氣相沉積（EB-PVD）的優(yōu)勢，可以以半熔融狀態(tài)、熔融狀態(tài)和氣相的混合狀態(tài)進(jìn)行沉積。使用氣相沉積時，可以獲得具有高孔隙率和低導(dǎo)熱率柱狀結(jié)構(gòu)的噴涂熱障涂層。與超低壓等離子噴涂技術(shù)采用大功率噴槍，實現(xiàn)噴涂材料的氣化相比，等離子噴射沉積噴槍的功率小于5 kW，電弧電流為低壓100 A，動態(tài)工作壓力為低壓1000 Pa時，通過調(diào)節(jié)噴槍與真空腔內(nèi)保護(hù)氣體壓差，實現(xiàn)超音速射流沉積；沉積速率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的PVD和CVD沉積，且冷卻速度快，易獲得良好納米結(jié)構(gòu)的柱狀涂層
