等離子噴塗技術在耐磨塗層、耐蝕塗層等傳統領域的應用已經較為廣泛，從上世紀50 年代至今，其應用領域由航空、航天擴展到了鋼鐵工業、汽車製造、石油化工、紡織機械、船舶等領域。近年來等離子噴塗技術在高新技術領域如納米塗層材料、梯度功能材料、超導塗層、生物功能塗層等方面的應用研究漸漸受到人們的重視。 接下來和壹佰一起了解一下。

　　1、 納米塗層材料

　　Zhu 等采用真空等離子噴塗製備了納米WC/Co 塗層。發現塗層硬度、韌性和耐磨性較常規塗層都有較大的改善，在40～60N 載荷下，納米WC/Co塗層磨損率僅為常規塗層的1/6。Connecticut 大學等對等離子噴塗納米結構Al2O3-TiO2 系塗層進行了系統的研究，包括納米粉末噴霧幹燥團聚重構、等離子噴塗工藝參數優化、工藝診斷、模擬以及塗層結構與性能的分析，表明塗層具有雙態顯微結構，表現出獨特的優異性能。與對應的常規塗層相比，結合強度增強100 %，磨粒磨損抗力提高300%，壓痕開裂抗力、彎曲和杯突試驗表現的剝落抗力要高得多。中國上海矽酸鹽研究所祝迎春等人研究了等離子噴塗過程中納米TiO2 的結構變化和粒子注入特性。研究發現，TiO2 納米顆粒由無定型轉化為銳鈦礦結構和金紅石結構。塗層表現出良好的Li + 注入電流和電化學穩定性。陳煌等利用大氣等離子噴塗技術在不鏽鋼基體上製備了氧化鋯納米塗層。獲得的塗層結構緻密，孔隙率約為7%，塗層和基體間的結合強度為45MPa，明顯優於傳統氧化鋯塗層與基體的結合強度。

　　2、 梯度功能材料(FGMs)

　　等離子噴塗製備梯度功能材料是目前材料學中倍受關注的研究領域之一，其研究範圍主要為梯度功能材料的設計、製備和性能評價三個方面。由於等離子焰流溫度高，特別適用於噴塗難熔金屬、陶瓷和複合材料塗層，這就為功能梯度材料的發展提供了更廣闊的空間。目前以NiCrAlY作為中間層向金屬上塗覆ZrO2 塗層成為大多數等離子噴塗FGMs 結構研究的熱點，已建立起很好的製備工藝。另外，已被研究的其他它體系還包括：Cu/W 和Cu/B4C、與Al2O3-Cr2O3 結合的Ni 基合金、具有CoCrAlY 或NiCoCrAlY的ZrO2、具有Mo 的TiC、具有YSZ 塗層的Ni-20%Cr、Ni/Al2O3、WC/Co 等。K.A.Khor 等人對YSZ/NiCoCrAlY體系的研究表明，與傳統的雙層材料相比，功能梯度塗層具有更優異的性能。得到的FGM塗層的結合強度為18MPa，雙層塗層僅為9MPa，而塗層的抗熱循環壽命FGM塗層是雙層塗層的6倍。SudarshanRangaraj 等設計了五種不同成分的YSZ 梯度塗層，研究了塗層設計對YSZ 塗層性能的影響，結果表明莫來石(mullite)成分的添加會降低塗層表面裂紋生長驅動力。

　　3 、超導塗層

　　等離子噴塗弧溫很高，特別適用於噴塗複合氧化物陶瓷，不需要保護氣氛，能夠噴塗具有複雜形狀的超導製件，沉積效率高，容易製備厚膜塗層和大面積塗層。適於等離子噴塗的超導陶瓷塗層材料主要有YBa2Cu3O7- x(YBCO) 和Bi2Sr2Cu2CaO。YBCO是一種典型的超導材料，臨界溫度為94K。等離子噴塗的YBCO 塗層由於噴塗過程中材料的氧損失，塗層結構中的孔隙、裂紋和粒子間的不均勻接觸等不均勻性，使塗層並不具有超導特性。隻有對塗層在氧氣或空氣氣氛中進行適當的熱處理，使塗層形成緻密、均勻且較穩定的晶體結構，才能獲得超導性。YBCO 塗層的熱處理條件為920℃×1h，降至400℃再保溫1h。當將Bi2Sr2Cu2CaOy 陶瓷從高溫急冷或淬冷後，它會產生超導態。這一特性對等離子噴塗具有特別的意義，因為等離子噴塗能使塗層材料獲得高達106℃/s的急冷冷卻速率，隻要調整好等離子噴塗條件和工藝參數，很容易使Bi2Sr2Cu2CaOy 的噴塗態塗層具有超導特性。

　　4 、生物功能塗層

　　等離子噴塗技術是製備醫用生物塗層材料的有效方法。將特定組分的粉末材料經高溫熔化後沉積於金屬人工骨植入物表面，形成以韌性金屬為骨架，表面有陶瓷塗層的人工骨與人工關節，此方法充分發揮了金屬和陶瓷兩類材料的優點。國內外對等離子噴塗羥基磷灰石(HA)塗層和鈦塗層的研究報導較多，並成功地應用於臨床試驗。羥基磷灰石塗層對生物體無毒，耐體液腐蝕，且對生物體組織有良好的適應性和親和性，耐長期運動過程中的磨損，有足夠的力學性能。鈦質植入體具有較好的化學穩定性，並且與組織結合良好，與體液相容。用真空等離子噴塗在不鏽鋼牙根和接骨板上噴塗鈦塗層在臨床上已有成功的應用，這些塗層既利用了不鏽鋼的強度，又利用了鈦塗層的生物相容性，防止不鏽鋼中有毒元素的釋放。我國的上海矽酸鹽研究所在生物塗層材料的研究方面也取得了較好的進展。

　　5、其它應用

　　等離子噴塗時熔粒的冷卻速度可達105～106K/s，這種高速冷卻可在塗層中產生非晶態相的組織結構。大氣等離子噴塗Fe基非晶合金粉末(含Si、B、Cr、Ni 等)製備的高非晶含量的Fe基非晶合金塗層緻密度高、孔隙率低、氧化物含量少，其顯微硬度在HV0.1700～950內，結合強度在27MPa以上。等離子噴塗壓電陶瓷塗層用於製作壓電元件無需粘貼，尤其適用於大面積壓電傳感元件和壓電作功元件陣列的製作。另外大氣等離噴塗技術在製備固體氧化物燃料電池(SOFC)方面也有相關的研究和報道。

　　等離子噴塗技術是目前廣泛使用的材料表面塗層技術，該工藝沉積速度快，生產效率高，廣泛應用於航空航天，可植入醫療器械，汽車等領域，市場應用前景廣闊。

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