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等离子喷涂工艺介绍
1. 介绍
等离子喷涂工艺，大约在1940年发明，仍然是最通用和广泛使用的热喷涂工艺之一。多年来，随着等离子喷涂涂层应用范围的不断扩大，工艺改进提高了等离子喷涂沉积材料的质量和一致性。例如，20世纪80年代广泛采用可控气氛喷涂（通常称为低压等离子喷涂LPPS） 或真空等离子喷涂VPS) 大大提高了等离子喷涂金属涂层的质量。这导致了许多新的应用，如涂层关键涡轮发动机零件和医疗植入物。工艺理解和控制的进步以及等离子炬设计的改进也有助于提高涂层质量和产品均匀性。然而，尽管几十年来有了重大改进，但基本工艺技术，即加热粉末颗粒，将熔融或半熔融液滴喷射到视线基板表面，基本上保持不变。
等离子焊原理
本文讨论了等离子喷涂技术的一些有趣的发展，这些发展为超越等离子喷涂技术的一些传统局限性，使用根本不同的沉积机制制备涂层提供了机会。这项新技术提供了使用固体、液体甚至气体原料快速沉积各种材料的能力，这些材料不仅是熔融液滴，而且来自气相。与传统的真空等离子喷涂相比，它还提供了更高的等离子速度。所的涂层在许多方面与传统的物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）工艺制备的涂层相似。然而，沉积速率大约比传统的PVD和CVD工艺高一个数量级，例如约5μm/min而不是约0.5μm/min。这些新的工艺技术可以产生致密（90%理论密度）涂层，厚度约为1至100微米。最后，与传统的等离子喷涂不同，这种新兴的工艺技术并不严格局限于视线沉积。
等离子焊原理
本文首先简要介绍了美国新墨西哥州阿尔伯克基市桑迪亚国家实验室的低压等离子喷涂系统，该系统经过改进，可在低于133pa（1torr）的腔室压力下实现连续操作。然后回顾了极低压力下等离子体射流的特性，接着讨论了各种不同的工艺操作制度以及基于现有有限数据得出的一些涂层特性。最后，对这一新技术的潜在应用作了简要评述。
2. 超低压等离子喷涂的起源
上世纪90年代中期，LPPS技术的创新先驱、已故的埃里克·穆尔伯格（Eric Muehlberger）开始与苏尔寿美科（Sulzer Metco）合作，探索新的方法，在金属板的大表面积（许多平方米）上快速、廉价地涂敷非常薄、高度均匀的电介质涂层。这导致了1998年美国专利#5853815题为“在大基板上形成均匀薄涂层的方法”，该专利描述了在高功率和远低于常规操作包络线的腔室压力下使用改进的LPPS系统。从那时起，苏尔寿美科和其他地方的其他公司已经完善和扩展了在非常低的腔室压力下运行的概念。已经开发了多种新的替代方法，用于使用改进的LPPS系统从细熔滴快速沉积薄喷涂涂层，或从固体、液体或气体原料快速沉积蒸汽沉积涂层。这些新工艺技术的术语在不同的作者中并不完全一致。
在本文中，我们采用以下术语：等离子喷涂薄膜（PS-TF）是指一种以粉末为原料的工艺，其沉积主要是通过熔融液滴进行的，类似于传统的等离子喷涂，但室压大大降低；等离子喷涂物理气相沉积（PS-PVD）是指粉末原料蒸发，沉积主要发生在气相的过程；等离子喷涂化学气相沉积（PS-CVD）是指利用液体或气体原料和气相沉积的过程；超低压等离子喷涂（VLPPS）是指整个系列的减压（<800pa（<6torr））等离子喷涂技术。