中国粉体网讯众所周知，传统涂层基本性能相对单调无法长期适应复杂极端的使用环境，从而导致设备使用寿命缩短。针对不同需求，纳米结构涂层因其纳米级晶粒和纳米级孔隙的特殊效应而表现出优异的性能，不仅延长设备使用年限，还拓宽了材料选取范围，突破了材料尺寸极限、/p>
?YSZ热障涂层为例，纳米结构的8YSZ热障涂层具有更低的热导率、更高的热循环及抗热震性能、更低的孔隙率、更高的硬度（约8.5 GPa）与弹性模量（56.9 MPa）、更高的拉伸结合强度与更高的耐磨蚀性能（是传统涂层?倍）、/p>
在工艺技术方面，等离子喷涂技术作为重要热喷涂技术之一，具有制备涂层质量好、沉积速度快、工作效率高、生产方式灵活等诸多优点，成为纳米材料热喷涂的重要研究发展方向、/p>
等离子喷涂原理示意图
等离子喷涂纳米涂层基于纳米粉末重?逐层堆积-冷却再塑原理，以等离子弧为热源，加热喷涂材料至熔融或半熔融状态，随等离子流形成粒子束喷射到经预处理的基体表面，堆积压缩形成扁平的薄层后经冷却凝固形成涂层。等离子喷涂技术的优点如下９/p>
1）可以用来喷涂的粉末很多，涵盖了从低熔点（如金属合金）到高熔点（如陶瓷）的多种材料，均可进行有效喷涂、/p>
2）涂层的结合强度较高，孔隙率以及氧化物含量较低、/p>
3）设备控制精度高，可以通过控制设备制备出更精细的涂层、/p>
等离子喷涂技术根据产生等离子体的介质和环境不同分为大气等离子喷涂、真空等离子喷涂和低压等离子喷涂等。该技术已逐渐应用于多种复杂工况的元器件表面性能强化，如高温疲劳、耐海水腐蚀等服役环境、/p>
纳米粉体喂料制备方法
纳米粉末的粒径比较小，比表面积及表面能很大，导致化学活性更强且更具有吸附性，因此常会发生不同程度的团聚现象，若直接投入使用这些纳米颗粒很容易被热喷涂火焰吹散烧蚀，降低沉积效率的同时也会堵塞喷涂系统的送粉装置、/p>
因此，若要获得纳米结构涂层，则应先制备可喷涂的纳米结构喂斘/strong>、/p>
纳米结构喂料的制备方法主要有喷雾干燥法、机械研磨合成法、液相前驱体喂料法等。目前在所有制备工艺中，使用机械球?喷雾造粒-固相烧结-等离子球化工艺具有成本低、制备简易、适用范围广等优点，被称为纳米粉体再造粒技?/strong>＋span style="text-decoration: underline;">这一技术以纳米粉末为原料，基于纳米构筑成具有纳米结构的微米级团聚体的理念制备成可供等离子喷涂的粉末喂料、/p>
经等离子球化前后的喂料表面形貋/p>
1.喷雾干燥泔/strong>
通过喷雾造粒制备粒径大小适宜、致密度高、球形度好、流动性好且符合等离子喷涂要求的纳米结构喂料。目前，喷雾干燥法在制备纳米结构喂料中虽被广泛应用，但所制得粉体粒径大小不均，需进一步筛选分级并进行二次造粒，增加成本且造粒过程产物难以控制。同时，喷雾干燥的机理及产物缺乏系统性研究、/p>
2.机械研磨泔/strong>
机械研磨法主要是通过对物料进行磨削、碰撞等机械力作用使组织细化，其明显优点是打破溶质元素的固体溶解度限制并增强粒度细化。该方法制备纳米喂料工艺简单、易于工业化生产，但其得到的纳米颗粒分散性较差，难以形成质地均匀的团聚粉体，所以机械研磨法制备可等离子喷涂用纳米粉体喂料的应用较少、/p>
3.液相前驱体喂料法
在喷涂过程中，液相前驱体喂料法克服了固体送粉困难、工艺繁琐等难题，将制备好的纳米粉末分散在液相中形成由微纳米级颗粒组成的悬浮液并被注入等离子焰流中，该方法可以较好保留喂料中纳米颗粒占比、/p>
等离子喷涂纳米涂层应?/span>
耐磨涂层
在解决材料表面磨损和腐蚀问题方面，氧化物陶瓷涂层表现出极大的优越性。常用的氧化物陶瓷涂层体系包含Al2O3-TiO2和Al2O3-ZrO2陶瓷涂层。在研究中发现耐磨抗蚀的Al2O3／TiO2系列涂层能够显著提升零部件耐磨耐蚀性能，并成为等离子喷涂纳米涂层方向持续研究的焦点、/p>
热障涂层
热障涂层（TBCs）作为燃气涡轮发动机高温部件表面的耐火氧化物陶瓷涂层，对提升发动机效率和功率至关重要，其研发因更高效率等潜在效益在全球持续推进。目前广泛使用的热障材料是氧化钇部分稳定的氧化锆，即YSZ。钇稳定的目的是防止氧化锆由四方相向单斜相转变，同时伴随钇的氧空位也降低了导热系数。同时YSZ具有良好的韧性和热膨胀系数，成为当前应用最广泛的热障涂层材料、/p>
研究表明，相对于微米结构涂层来说，APS制备的纳米结构热障涂层不仅能进一步提高涂层的隔热效果，还能明显提高涂层的断裂韧性和高温热震抗力，并能通过组织结构改善提高涂层的抗高温氧化性能和抗腐蚀性能，而这些性能的提升归因于涂层中形成的纳米结构双模态组织、/p>
自润滑涂屁/strong>
目前，通过向基体中加入润滑剂、增强相从而提升涂层润滑性可以提高其抗疲劳性能并减少磨损，石墨、MoS2为常见的固体润滑剂。研究表明，采用两种及以上复合润滑剂的效果可能优于单一固体润滑剂的润滑效果。以NiAl复合涂层为例，通过等离子喷涂将纳米结构TiO2／Bi2O3原料粉成功地加入NiAl复合涂层中，发现?00℃下由于Bi4Ti3O12和NiTiO3的协同润滑作用在对位面上形成了NiTiO3和Al2TiO5的连续润滑层，降低表面摩擦因数和磨损率，进一步提高了复合涂层在高温下的摩擦学性能、/p>
来源９/p>
陈柏森等：等离子喷涂纳米粉体制备技术及涂层研究进展
邓路炜等：热喷涂纳米结构涂层研究进展
李俊杰：大气等离子喷涂氧化物陶瓷涂层的应用研穵/p>
（中国粉体网编辑整理/空青（/p>
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除
视频叶/div>
抖音叶/div>
哔哩哔哩叶/div>
