低壓等離子噴涂

低壓等離子噴涂（low pressure plasma spraying,簡稱LPPS）又稱真空等離子噴涂（VPS）是將等離子噴涂工藝在低壓保護性氣氛中進行操作，從而獲得成分不受污染，結合強度高，涂層致密的一種工藝方法。從20世紀70年代末、80年代初開始在工業上推廣應用。

低壓等離子噴涂是將等離子噴槍、工件及其運轉機械置于低真空或選定的可控氣氛的密閉室里，在室外控制噴涂過程，通過真空和過濾系統，保持真空室一定的真空度。當等離子射流進入低真空環境，其形態和特性都將發生變化，主要特點如下：

科普知識：低壓等離子噴涂

1. 涂層性能優異

低壓等離子噴涂涂層結合強度高，涂層十分致密，氣孔率極低，無氧化物夾雜，涂層應力小，硬度高，韌性好，具有優異的綜合性能。

2. 沉積速率高

低壓等離子噴涂涂層的質量完全可以與電子束-物理氣相沉積（EB-PVD）涂層相比，但其沉積速度快，為后者的2~3個數量級。例如，在25.6 cm2的透平機葉片上，低壓等離子噴涂CoCrAlY涂層的沉積速率可達到260 μm/min，而物理氣相沉積的沉積速率為4~50μm/min。

3. 操作條件好

真空室中噴涂，高噪聲被隔離，粉塵被密閉處理，操作條件好。

4. 噴涂距離對涂層性能的影響小

由于低壓等離子噴涂時射束很長，飛行粒子處于高熱能和高動能狀態的時間長，因而噴嘴口與基體之間的噴距的一些變化對涂層性能的影響很小，這使得低壓等離子噴涂很適合于噴涂復雜形狀、曲面工件，如噴涂燃氣輪機葉片，可獲得均勻的優質涂層。

5. 基體預熱溫度高

由于真空和惰性氣體保護的雙重作用，工件基體在不發生變形或組織變化的情況下，可以允許較高的預熱溫度。這樣，一是可以使涂層顆粒與基體的溫差減小，減慢涂層的冷卻速度，從而減小熱應力，使涂層不易產生裂紋；二是能使熔融顆粒噴射到工件表面時，能充分地變形、潤濕鋪散、排除氣體，形成致密涂層，使涂層氣孔率低于1％；三是基體預熱溫度升高，使基體表面處于更好的活化狀態，有利于提高涂層與基體的結合強度。

6. 可進行自凈化表面預處理

低壓等離子噴涂前，通過自動控制系統，采用轉移弧引弧，即引弧時將工件基體接電源負極，使電子從工件表面逸出，形成清潔、活化的表面。使工件不需要機械粗化或噴砂處理，就能與噴涂熔滴達到良好的結合性能。

7. 金屬粒子幾乎無氧化

真空室中含氧量低，特別是充入高純度惰性氣體后，含氧量非常低。在低壓室中噴涂的涂層基本不含氧化物夾雜，涂層清潔，使涂層顆粒之間的粘結強度大大提高，涂層致密。因此，低壓等離子噴涂適合噴涂含易氧化組分的高溫合金（如MCrAlY）、易燃燒金屬（Mg、Ti、Li、Na和Zr等）、有毒性金屬（如Be及其合金）以及易氧化的碳化物類金屬陶瓷材料。

8. 粒子速度高

由于真空室的壓力低，等離子氣流的速度可以增加至3~4馬赫。且粉末顆粒在低壓室中的飛行阻力大大減小，所以粉末顆粒的飛行速度高，具有很高的動能。

9. 等離子射流束長，粒子受熱充分

由于真空的作用，等離子射流在真空室中飛行阻力大大減小，從而拉長了等離子射束的長度，從常壓下弧束長度約4~5 cm拉長到40~50 cm，使粉末顆粒在弧束中的停留時間顯著增加，有利于粉末顆粒的充分受熱和熔化，使噴涂顆粒具有較高的熱能。

低壓等離子噴涂的主要缺點如下：

（1）低氣壓等離子射流的加熱效率降低，熱焓值較低，不易噴涂高熔點材料。

（2）工件尺寸受真空室限制。

（3）設備昂貴，一次性投資高。

一臺全自動的低壓等離子噴涂設備售價高達一百多萬美元，因此，它主要用于宇航等尖端工業的關鍵部件噴涂，如燃氣輪機部件、火箭噴管等。

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