图 1.1 等离子喷涂原理示意图

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 大，涂层也很致密，与基体结合强度高。对工作气体气氛进行调节，氧化物夹杂 含量可以得到降低，涂层沉积得到保护。涂层光滑平整，有比较好的表面质量， 涂层厚度可精确控制。

(2)与其它热喷涂技术相比,非转移型等离子弧喷涂的时候，在基体表面，热 影响区很小，原来的热处理状态影响小，其中组织不产生变化。等离子焰流温度 非常高，这就使喷涂材料的选择较广。等离子喷涂可用于喷涂高硬度和高熔点材 料，进而制备多种不同类的涂层。

(3)设备易于操作，安置，具有沉积效率和高输出功率，保证高效连线生产 需要。

同时，等离子喷涂也有一些缺点： (1)等离子喷涂粉末粒度范围窄，因为粉末及尺寸对喷涂影响较大。 (2)小孔内表面的喷涂难以进行，因为存在等离子喷枪结构的限制。 (3)等离子射流温度高，速度快，因而产生强烈的气体污染、光污染、噪声

污染和粉末污染，对于工作环境和厂房的设计建设有着特殊的要求。

(4)等离子喷涂涂层性能的重现性不高[8]，这是由于喷涂的工艺特性导致。通 常需要找出主要工艺参数对涂层性能影响规律，以此建立喷涂中性能与工艺之间 的关系，这对提高涂层性能的稳定性有非常重要的意义[9]。

1.3 热障涂层

1.3.1 概念

热障涂层(Thermal Barrier Coatings)为一层陶瓷涂层，热障涂层的使用时依附 于金属或超合金表面，这些合金通常具有耐高温特性。热障涂层沉积在合金表面

后，它对于基底材料起到降温，隔热等作用。使用喷涂了热障涂层的材料能很好 的提高器件的热效率，使如发动机等的器件能运行在很高的温度下。

热障涂层这一概念最早在二十世纪 50 年代就被美国 NASA- Lewis 研究中心 提出,当时航空航天工业得到发展。在发动机和涡轮叶片零件的开发迫切需要提 高零件的热性能和抗氧化耐腐蚀特性。现代 TBC 的各种应用起源于 80 年代，当 时经过对热障涂层的材料研究和制备工艺，热障涂层研究与应用有了突破。当前， 先进的热障涂层能降低发动机中热端部件温度近 200 度。热障涂层的应用提高发 动机的最大工作温度,达到提高效率、减少油耗作用，同时延长热零件使用寿命， 降低材料成本。由于新型的高温合金材料的研发难度和成本很高，相比于开发合 金材料，热障涂层有着更低的研究成本及相对简单的工艺。

目前来看热障涂层高温防护性能好、应用前景好，是第四代表面防护涂层的 代表。典型的热障涂层（TBC）是多层结构,下面是合金基体，中间是粘结层（打 底层）, 表面是隔热陶瓷涂层（工作层）。粘结层起过渡的作用，约有120～150μm 的厚度，主要是为了减缓基体与陶瓷层的热不匹配，起到一层保护膜的作用。陶 瓷面层是工作层，面层厚度近似为粘结层厚度2倍。面层材料的性能要求是热稳 定性好、热阻大、耐高温，以降低金属或合金表面的使用温度，通常为氧化物陶 瓷。所以,热障涂层（TBC）作用为降低表面温度和抗氧化防护，提升合金部件 的使用温度，为零件工作提供有利环境。由于TBC涂层的工作环境非常恶劣，受 到热与腐蚀的双重作用，而又因为本身为双层或多层结构。在零件的工作条件下， 容易受到侵害从而发生失效。