等離子噴涂是熱噴涂中的一種,指利用等離子弧將各種陶瓷材料，如氧化鋁、氧化鉻、氧化鋯等熔化后高速噴射到工件表面上,從而與基體形成一層牢固的陶瓷涂層,達到高度耐磨、減摩、耐蝕等目的。等離子噴涂陶瓷涂層技術可提高零部件的耐磨性和耐蝕性,在機械和航空等領域中已獲得較廣泛的應用。噴涂材料一般選用Al2O3 、Cr2O3 、TiO2 等陶瓷粉末。等離子噴涂形式多種多樣，常見的三大形式就是大氣等離子(APS) 、超音速等離子噴涂(HVPS) ,真空等離子噴涂(VPS) 等，其中，大氣等離子噴涂是應用最廣泛的等離子噴涂方法。
大氣等離子噴涂（APS）
大氣等離子噴涂是目前應用最為廣泛的等離子噴涂工藝之一，其主要優勢在于其工藝的靈活性和經濟性。在APS工藝中，通過電弧將氣體（如氬氣、氮氣或氫氣）加熱并電離，形成高溫的等離子射流。噴涂材料通常以粉末形式送入射流中被熔化，并以極高的速度噴涂至基材表面，形成均勻的涂層。
這種方法的顯著特點是無需真空環境，可以直接在大氣中操作，因此設備成本相對較低，同時也適合處理大型工件。然而，由于大氣環境中氧氣的存在，噴涂材料可能在高溫下氧化，從而影響涂層的純度和性能。此外，APS工藝生成的涂層孔隙率較高，適合對表面質量要求不高但需要高效率的應用場景。
APS的典型應用包括渦輪葉片的熱障涂層、工業機械的耐磨涂層以及各種金屬結構的防腐保護。這種工藝的經濟性和通用性，使其成為許多行業的選擇。
超音速等離子噴涂（HVPS）
相比于APS，超音速等離子噴涂通過優化的氣體流速和更高的能量密度，實現了更高的粒子速度和更致密的涂層。HVPS工藝的核心在于通過改進的噴涂參數，讓熔化的噴涂顆粒以極高的速度撞擊基材表面，從而形成更高質量的涂層。
HVPS可適用于噴涂任何高熔點的陶瓷材料，此外，由于顆粒的高速沉積，HVPS涂層通常表現出更低的孔隙率、更強的結合力以及更優越的機械性能。這也使得HVPS特別適合用于需要高耐磨性和抗沖擊性的領域，例如航空航天部件的表面強化、醫學植入物的防腐蝕涂層，以及造紙業工具的高性能保護。
但是，HVPS工藝也存在一定的局限性。首先，HVPS需要更高的能量和更復雜的設備，導致其成本高于APS。此外，由于其噴涂速度較快，可能不適合處理復雜幾何形狀或非常大的部件。因此，HVPS更適用于對涂層性能有嚴格要求的高端應用場景。
真空等離子噴涂（VPS）
真空等離子噴涂以其無可比擬的涂層純度和性能優勢而聞名，這種工藝是指在一個氣氛可控的——4～40Kpa的密封室內進行等離子噴涂技術，該過程有效避免了大氣中氧氣和其他雜質對噴涂材料的影響，因而非常適合于對氧化高度敏感的材料。
在VPS工藝中，噴涂材料在真空環境中被加熱和熔化，隨后高速撞擊基材形成涂層。由于在真空中操作，VPS不僅避免了涂層氧化，還能夠實現非常致密的涂層結構，同時具有極高的結合強度和優異的抗腐蝕性能。這種工藝非常適合處理諸如鈦、鋯等容易被氧化的金屬材料。
盡管VPS在涂層質量方面表現優異，但其高昂的成本也限制了其廣泛應用。真空設備和操作所需的高技術要求，使得VPS主要用于一些關鍵部件的涂層處理，例如航空航天領域的火箭噴嘴、燃氣輪機部件，以及需要極高純度的醫學植入物等。
等離子噴涂工藝的比較與抉擇
結合上文內容，我們可以三大等離子噴涂工藝的優劣做如下匯總：
特征 | APS（大氣等離子噴涂） | HVPS(超音速等離子噴涂) | VPS（真空等離子噴涂 |
操作環境 | 大氣環境 | 大氣環境（高速度） | 真空環境 |
涂層質量 | 中等，空隙率適中 | 致密涂層，結合力強 | 高致密度，無氧化 |
成本 | 成本低 | 成本中等 | 成本高 |
應用范圍 | 通用涂層應用 | 高性能需求領域 | 關鍵部件和高純度需求 |
氧化風險 | 中等 | 較低 | 無氧化 |
lAPS是一種通用且經濟的工藝，適合大規模生產以及對涂層性能要求不高的場景。
lHVPS則憑借其高密度和高強度的涂層，成為高性能應用的理想選擇。
VPS因其優異的純度和性能，專注于關鍵領域的應用，尤其是在航空航天和醫學治療行業中表現突出。
具體選擇哪種工藝，應根據應用需求、預算以及涂層性能要求綜合考慮。例如，若需要對大型工件進行經濟高效的處理，APS是一個不錯的選擇；而對于要求耐磨性和抗沖擊性的高端產品，HVPS會更加適合；若追求更高質量的涂層，且預算允許，則VPS無疑是更好的方案。
