低压等离子喷涂技术在功能性涂层的应用进展

2017-03-03冯宝香樊星贾小恒吴晓东

化工管理 2017年35期

冯宝香樊星贾小恒吴晓东

（1.2.陕西国防科技工业技术开发中心，陕西西安 710061）

（3西安圣德安全技术有限公司，陕西西安 710061）

（4西部钛业有限责任公司，陕西西安 710201）

在工业生产不断发展、相关技术不断进步的过程当中，人们对涂层功能以及结构的综合性能具有了更高的要求。在该种情况下，人们对高喷速、高纯以及高热源气氛进行了不断的研究，其中，低压等离子喷涂技术是于上世纪80年代得到研发的关键技术，该技术能够在低压保护性气氛中进行喷涂处理，通过对气氛压力的科学调节使可控制气氛同熔融粒子发生作用，获得具有低空隙率、高结合强度以及低杂质涂层，具有非常好的应用前景。

1 工艺特点

低压等离子喷涂技术主要应用在低于气压可控气氛的密闭室当中，在对工作气体进行等离子化处理后，其则将从低压气氛当中以较快的速度膨胀喷出，以超音速射流。低压环境特征的存在，则能够使等离子焰流在轴向上逐渐降低温度，具有较低的能量衰减率，同大气环境下焰流速度相比，其具有更高的速度。在具体应用当中，其具有以下特点：第一，清洁。低保护性气氛的存在，能保证原始材料成分同涂层成本具有一致性特征，在实际喷涂工作开展当中，能够避免粉末在高速焰流状态下出现卷入到杂质粒子的情况，并保证在喷涂当中不会受到空气的污染；第二，高速。在焰流速度提升的情况下，粉末例子在焰流当中将具有更短的停留时间，在对粒子撞击基体速度进行提升的情况下对涂层的结合强度以及致密性起到了有效的改善效果。同时，在低压环境下，也能够在对熔滴平铺性能进行提升的基础上获得更好的涂层致密度；第三，长焰流。在实际喷涂工作当中，焰以喷嘴内部压力同密闭式内压力间差异情况的存在，则会在湍流程度方面存在一定的差异，即当具有较大压力差的情况下，当具有较低密闭式内压力时，也将获得更长的等离子焰流，即当气氛压力降低时，等离子喷涂焰流将随之变长变粗。在低压环境当中，则会使粉末具有更大的受热区域，在具有均匀受热的情况下使喷距对涂层质量具有更小的影响。该种特征的存在，也使得该喷涂技术非常适合应用在长径比管状零件的喷涂当中；第四，电清理。在该技术当中，通过反向转移弧技术的应用清理工件表面，在对表面存在的污垢以及氧化膜进行去除的基础上净化表面，实现基体表面位置活性的提升。因低压喷涂粒子动能大、速度高特征的存在，基体则可以在不进行粗化处理的情况下即能够对冶金结合目标进行实现，在对喷砂等环节进行省却的情况下获得具有更高结合强度的涂层。

2 技术应用

2.1 热障涂层

最初，航空航天在热障涂层制备工作当中对低压等离子喷涂技术进行了应用。发动机涡轮叶片通过热障涂层的应用，则能够对热端的部件温度进行降低，在对叶片寿命进行延长的基础上实现飞行发动机效率与推理的提升。对于热障涂层来说，其通常由金属粘结底层与陶瓷隔热面层两方面组成，其中，金属粘结底层能够对基体合金同陶瓷面层的物理相容性进行有效的改善，使基体具有更高的抗氧化能力，陶瓷隔热面层则能够对基体表面温度进行有效的降低。通过低压等离子喷涂技术的应用，所获得的热障涂层具有更高的致密度以及更低的含氧量。目前，NASA通过LPPS技术制作的Y2O3-ZrO2涂层，同大气环境下制作的部件相比，具有其5倍长的使用寿命。在使用该技术在普通钢材料商对热障涂层进行制备时，当压力不断提升时，粉末在充分融化情况下，则将获得更高的致密度。同APS技术相比，该技术所制作的图层表面更加顺滑。

2.2 抗气蚀涂层

气蚀也称作空蚀，是海洋装备在实际工作当中所面对的一项难题。即流体在压力变化以及高速流动影响下，金属在同流体接触在表面发生的腐蚀破坏问题。目前，有研究人员已经通过等离子喷涂技术的应用在易气蚀材料的表面对抗气蚀合金涂层进行制备，并获取了一定的研究成果。有研究人员在不锈钢表面通过LPPS技术的应用对1000μm的NiTi涂层进行制备，原料为经过合金化处理的Ti以及Ni混合粉。根据研究发现，粉末咋已经过合金化处理之后，其同混合粉制备的涂层相比在耐气蚀性能方面具有更优的表现，以此发现涂层抗气蚀能力的高低同涂层表面的孔隙率以及粗糙度具有着密切的联系。目前，LPPS技术仅仅能够在易气蚀基体表面对涂层进行制备，但在可移动式的现场恢复工作中，则很难实现目标。

2.3 面向等离子体材料

面向等离子体材料是核聚变反应装置当中直接面对等离子体限制器以及偏滤器材料，在实际应用当中，该材料需要对高热量、高能粒子的冲击进行承受，是对聚变装置进行构建的关键性内容。在以往处理当中，所使用的方式即将PFMs直接同热沉材料进行连接，在该材料制作当中，LPPS技术不仅能够始终在低压可控气氛当中进行处理，能够保证涂层在此过程当中不会受到污染，且因低成本、高沉积率特征的存在在该材料制作方面占据了较大的优势，并因此使较多人员在该方面开展了研究。目前，有研究人员通过该技术的应用在CuCrZr合金表面对W/Ti合金涂层进行了制备，获得了致密涂层组织，其中W涂层具有较低的含氧量。当热通量不断增加时，涂层表面并没有发生剥落情况，且没有发生裂纹。