一：等離子噴涂原理
進行等粒子噴涂，首先在陰極和陽極（噴嘴）之間產生一直流電弧，該電弧把導入的工作氣體加熱電離成高溫等離子體，并從噴嘴噴出，形成等離子焰，等離子焰的溫度很高，其中心溫度可達30000°k，噴嘴出口的溫度可達 15000～20000°k。焰流速度在噴嘴出口處 可達1000～2000m/s，但迅衰減。粉末由送 粉氣送入火焰中被熔化，并由焰流加速得到高于150m/s的速度，噴射到基體材料上形成膜。

圖（1）碳化鎢噴涂設備
二：等離子噴涂優點
①超高溫特性，便于進行高熔點材料的噴涂。

②噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結強度高。

③由于使用惰性氣體作為工作氣體，所以噴涂材料不易氧化。

圖（2）等離子噴涂碳化鎢涂層作業中

三：細述等離子噴涂碳化鎢涂層的耐磨因素

等離子噴涂碳化鎢涂層是等離子噴涂涂層的典型應用。在影響表面涂層摩擦磨損的眾多因素中,涂層與基體的硬度搭配關系是比較重要的,據此可將耐磨涂層分為軟、硬兩種類型。硬涂層應用于摩擦環境比較惡劣、零件表面須承受很大載荷的工況之中。硬涂層由于材料剪切強度很高,即使其表面受到一定的摩擦力,涂層表面的材料也不容易剝落下來,因此使用硬涂層可以減少零件表面的磨損。軟涂層則主要應用于要求降低摩擦因數、減小摩擦力的場合。因為摩擦力近似于材料的剪切強度與接觸面積之積。軟涂層在與對摩件發生摩擦并受到一定的壓應力時,雖然它與對摩件的接觸面積較之于硬涂層要大一點,但其材料的剪切強度卻比硬涂層要小得多,因此使用軟涂層可以起到降低摩擦力的效果。 

圖（3）碳化鎢涂層用于拉絲生產輪表面溝槽

制備耐磨涂層的關鍵是涂層材料的選擇,比較常用的耐磨涂層材料是碳化鎢材料和自潤滑材料。目前的研究主要集中在WC、Al2O3、TiO2、ZrO2、Cr2C3、Cr2O3等常用碳化鎢及陶瓷基復合涂層,這些屬于硬涂層;石墨基和MoS2基、錫鉛銅等軟金屬基以及氧化物和氟化物自潤滑涂層,這些屬于軟涂層。 據相關研究等離子噴涂碳化鎢(WC)涂層與不同材料組成摩擦副的靜摩擦性能,結果顯示,摩擦副的靜摩擦因數與偶件的表面粗糙度和顯微硬度相關,與WC碳化鎢涂層配對的偶件材料的顯微硬度越低,摩擦副的靜摩擦因數越高;提高WC碳化鎢涂層的粗糙度以及降低與WC配對的偶件材料的粗糙度可有效地提高摩擦副的靜摩擦因數。但用等離子噴涂方法噴涂金屬碳化鎢粉末的缺點是,容易造成WC分解為W2C或者W,降低涂層硬度,并且氣孔率較高。因此北京耐默公司采用內送粉式低功率噴涂設備可提高等離子噴涂碳化鎢涂層質量。 

圖（4）碳化鎢涂層用于管件內壁，增加耐磨性

采用大氣等離子噴涂技術可在鑄鐵基體表面制備WC/NiCrAl和WC/NiCrBSi涂層。不同粘結底層和WC含量均影響涂層耐磨性;在磨損性能方面以NiCrBSi為粘結金屬的涂層優于以 NiCrAl為粘結金屬的涂層,WC含量高的碳化鎢涂層優于WC含量低的涂層。在對鉻鑄鐵表面等離子噴涂Ni2Al2WC合金層及其組織性能的研究中發現,涂層中硬質相WC、WCx和NiAl、Ni(Al)、Ni3Al等合金相的存在顯著提高了其耐磨性。 等離子噴涂WC/Co涂層具有優良的抗滑動磨損、磨料磨損和沖蝕磨損性能,有些微動磨損的 場合,等離子噴涂碳化鎢WC/Co涂層得到了應用,如飛機發動機壓氣機葉片減震凸臺阻尼面。近年來的研究發現,涂層納米化可大大提高耐磨性。等離子噴涂納米碳化鎢和傳統WC2Co碳化鎢涂層在干摩擦條件下的耐磨性,結果發現,納米涂層耐磨性明顯好于傳統涂層,尤其在高載荷作用下。分析認為,納米WC2Co碳化鎢涂層耐磨性提高歸因于其高硬度以及由于納米粒子存在所表現出的高韌性。