衬垫结构对等离子喷涂热障涂层性能的影响(2)
用以改善或改变工件表面性能的一种材料表面加工技术。 热喷涂工艺包括大气等
离子喷涂（APS），超音速火焰喷涂（HVOF）以及电弧喷涂（TWA）等多种喷
涂方法，它是利用燃气流或高能等离子来加速微小粒子，使不断撞击基体，从而
沉积形成致密涂层。然而，热喷涂条件极大地影响涂层的力学性能[1]
。喷涂粒子
的性能，如粉末粒度、飞行粒子温度和速率，以及基材温度等，影响涂层的性能。
等离子喷涂是热喷涂的一种方式，热源是等离子弧，它在等离子射流或等离
子体中送进粉末材料，粉末颗粒在等离子射流或等离子体中加速、熔化或部分熔
化，后由受到冲击力的作用，粉末在基底上铺展，后凝固形成层片，通过层片叠
层形成涂层 [2]
。与普通的火焰热喷涂相比而言, 使用等离子喷涂而成的陶瓷涂
层具有气孔率较低、结合力较高的特点, 目前等离子喷涂在耐磨、减磨、抗腐蚀、
抗高温氧化和热障涂层等方面得到广泛应用[3]
。
1.2.2 发展过程及研究现状
现代宇航技术发展产生于 20 世纪 50 年代 [4]
，等离子喷涂随着航空航天工
业而生。当时原子能工业技术及现代航空航天的出现，对高热性能和高物理性能的涂层提出要求，高喷速、高热源以及改善喷涂气氛这些方面被人们进行了研究，
等离子喷涂设备被研制出来[5]
。在以后的 60 年里，人们对等离子喷涂的相关设
备进行了许多研究和发展。近十几年，低压等离子喷涂、反应等离子喷涂、高频
等离子喷涂、扩展弧超音速等离子喷涂等被开发出来，并设计研制出多种新型等
离子喷枪[6]
，等离子喷涂技术得到飞速发展。
等离子喷涂的热源是压缩电弧，通常是以 Ar 或N2为工作气体，同时，加入
少量 H2以提高等离子体的焓值。等离子喷涂大多用于加工粉末和粉体材料。等
离子喷涂的系统设备如图。在系统工作过程中，等离子喷枪产生了等离子弧，喷
涂工作时，在电源负极接入的是喷枪的钨电极作为阴极，电源正极接入的是喷枪
和喷枪外部壳体作为阳极。工作气体通过进气管进入喷枪，电源接通以后，电弧
在弧柱区起弧，此时电弧温度很高，高温使气体发生电离进而产生了等离子体。
在等离子喷涂过程中，对于等离子射流和等离子喷枪的结构，电弧受压缩，温度
急剧升高，高达16000K，喷射速度增大，喷嘴射出高速高温的等离子射流经过，
粉末喷涂材料通过送粉通道送入，在等离子体焰流中，材料为熔融或半熔融状态，
此时伴随离子体的高速撞击和喷射，材料在工件表面发生平铺、溅射及凝固，沉
积在工件表面从而形成涂层，同时，大量热量传给工件的基体[7]
。
概括来讲，等离子喷涂是热喷涂技术的一种，是将粉末送入等离子体或射流
中，粉末颗粒会在其中发生加速、熔化或部分熔化，由于受到冲击力的作用，在
基底上铺展并凝固形成层片。如图1.1所示： 1.2.3 等离子喷涂技术主要特点
等离子喷涂的工艺特点 ：
(1) 能用等离子喷涂的涂层类别类多，能够喷涂的材料广泛。
(2) 零件不变形、基体受热小，稳定，不改变热处理状态。
(3) 涂层质量高，工艺稳定。
相比于其它热喷涂方法，等离子的优点有如下：
(1)工艺稳定，涂层质量高，可以对喷涂工艺参数进行控制，有着很好的再
现性。喷涂粒子飞行速度较大。充足的动能使熔粒子在冲击基体表面时变形度很
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