等离子体喷涂单片层，表面涂层性能提升，等离

大气等离子体喷涂技术是一种常用的涂层制备工艺。作为所制备涂层的结构基元，单片层的形貌特征及堆叠行为决定了涂层的微结构，对涂层性能产生显著影响。

与熔滴自身理化状态相关的主体因素、与沉积涂层的衬底相关的客体因素以及环境因素等对单片层形成过程的影响，着重分析了粉体尺寸、衬底预热过程等产生的多种不同影响及其之间的关联性，并通过对各自特点的比较，提出未来与真实生产条件更加接近的方向发展。

随着工业技术的不断发展，对零部件综合性能的要求越来越高，表面工程的重要性日益突出。在零部件表面制备厚度数微米到数毫米的功能薄层，可以改变零部件的表面性状，大幅提升其性能，进而有效延长其使用寿命，这符合绿色、循环经济和可持续发展的要求。

热喷涂是表面工程的重要组成部分，喷涂工艺不断演化，对喷涂过程的在线监测和控制技术也迅速发展，喷涂材料种类也不断扩展，形成了包括设备、原料、工艺及应用的完整工业体系。

大气等离子体喷涂(APS)是热喷涂技术的一种，其特征是以高温高速的等离子体射流为热源，在制备陶瓷涂层方面具有独特的优势。

在大气等离子体喷涂工艺中，粉末颗粒被载气送，入高温高速的等离子体焰流，经加热和加速，以熔融或半熔融的状态高速撞击衬底，迅速铺展并冷却固化，最终形成扁平的单片层，大量单片层不断堆叠最终形成宏观尺度的涂层。

大气等离子体喷涂涂层的特征单元，单片层的形貌特征及单片层之间的堆叠行为决定了涂层的微结构。单片层是热喷涂制备涂层的结构基元，其特征与涂层的宏观性能密切相关。

大气等离子体喷涂工艺可控制备涂层的难点在于，工艺中需要控制的因素很多，且往往相互影响。熔滴高温、高速和理化状态分布广等特性，给实时观测和工艺的精确调控也带来了很大的挑战。

大气等离子体喷涂工艺中单片层的形成过程主要是受到熔滴冷却能力的控制。熔滴冷却速率快，则液态物质流动性降低快，倾向于形成圆盘状的单片层；反之则具有较强的溅射趋势。

单片层外形的改变带来的一个与涂层性能密切相关的差异是：圆盘状单片层和衬底之间的结合更牢固，而溅射状单片层和衬底的结合强度相对较低。

更可靠的原位温度、速度监测，特别是能追踪单个熔滴的温度和速度测量无疑是研究工艺参数对单片层特点影响的最直接有效的方法。单片层的形貌特点数据化并使之与涂层整体性能间建立(半)定量关系也是未来发展的一个重要方向。

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