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等離子噴涂工藝介紹
1. 介紹
等離子噴涂工藝，大約在1940年發明，仍然是最通用和廣泛使用的熱噴涂工藝之一。多年來，隨著等離子噴涂涂層應用范圍的不斷擴大，工藝改進提高了等離子噴涂沉積材料的質量和一致性。例如，20世紀80年代廣泛采用可控氣氛噴涂（通常稱為低壓等離子噴涂LPPS） 或真空等離子噴涂VPS) 大大提高了等離子噴涂金屬涂層的質量。這導致了許多新的應用，如涂層關鍵渦輪發動機零件和醫療植入物。工藝理解和控制的進步以及等離子炬設計的改進也有助于提高涂層質量和產品均勻性。然而，盡管幾十年來有了重大改進，但基本工藝技術，即加熱粉末顆粒，將熔融或半熔融液滴噴射到視線基板表面，基本上保持不變。
等離子焊原理
本文討論了等離子噴涂技術的一些有趣的發展，這些發展為超越等離子噴涂技術的一些傳統局限性，使用根本不同的沉積機制制備涂層提供了機會。這項新技術提供了使用固體、液體甚至氣體原料快速沉積各種材料的能力，這些材料不僅是熔融液滴，而且來自氣相。與傳統的真空等離子噴涂相比，它還提供了更高的等離子速度。所的涂層在許多方面與傳統的物理氣相沉積（PVD）或化學氣相沉積（CVD）工藝制備的涂層相似。然而，沉積速率大約比傳統的PVD和CVD工藝高一個數量級，例如約5μm/min而不是約0.5μm/min。這些新的工藝技術可以產生致密（90%理論密度）涂層，厚度約為1至100微米。最后，與傳統的等離子噴涂不同，這種新興的工藝技術并不嚴格局限于視線沉積。
等離子焊原理
本文首先簡要介紹了美國新墨西哥州阿爾伯克基市桑迪亞國家實驗室的低壓等離子噴涂系統，該系統經過改進，可在低于133pa（1torr）的腔室壓力下實現連續操作。然后回顧了極低壓力下等離子體射流的特性，接著討論了各種不同的工藝操作制度以及基于現有有限數據得出的一些涂層特性。最后，對這一新技術的潛在應用作了簡要評述。
2. 超低壓等離子噴涂的起源
上世紀90年代中期，LPPS技術的創新先驅、已故的埃里克·穆爾伯格（Eric Muehlberger）開始與蘇爾壽美科（Sulzer Metco）合作，探索新的方法，在金屬板的大表面積（許多平方米）上快速、廉價地涂敷非常薄、高度均勻的電介質涂層。這導致了1998年美國專利#5853815題為“在大基板上形成均勻薄涂層的方法”，該專利描述了在高功率和遠低于常規操作包絡線的腔室壓力下使用改進的LPPS系統。從那時起，蘇爾壽美科和其他地方的其他公司已經完善和擴展了在非常低的腔室壓力下運行的概念。已經開發了多種新的替代方法，用于使用改進的LPPS系統從細熔滴快速沉積薄噴涂涂層，或從固體、液體或氣體原料快速沉積蒸汽沉積涂層。這些新工藝技術的術語在不同的作者中并不完全一致。
在本文中，我們采用以下術語：等離子噴涂薄膜（PS-TF）是指一種以粉末為原料的工藝，其沉積主要是通過熔融液滴進行的，類似于傳統的等離子噴涂，但室壓大大降低；等離子噴涂物理氣相沉積（PS-PVD）是指粉末原料蒸發，沉積主要發生在氣相的過程；等離子噴涂化學氣相沉積（PS-CVD）是指利用液體或氣體原料和氣相沉積的過程；超低壓等離子噴涂（VLPPS）是指整個系列的減壓（<800pa（<6torr））等離子噴涂技術。