1 前言
　　
　　等离子束一般指经喷嘴压缩的直流电弧，若压缩喷嘴作为阳极，则为非转移弧，若金属工件作为阳极，则为转移弧。其压缩比以及弧柱的截面形状可通过喷嘴调节。转移弧的热效率大大高于非转移弧，并且对等离子炬喷嘴的冷却要求低，但工件必须是导体。等离子弧的中心温度可达到104K数量级，工业上广泛用于等离子切割、等离子喷涂（喷焊）、等离子束焊接、等离子束点火、等离子喷射辅助CVD、等离子冶金、等离子束表面淬火等，用作等离子手术刀也有报道。将等离子束用于材料表面改性的优势在于电热转换效率高，处理速度快，占地面积小，易实现自动化，对工作环境无特殊要求，无需严格的前处理，无排放污染，设备造价低等优势。我们在等离子束材料表面改性研究过程中，结合国情发展了以下技术：等离子束清洗、等离子束多元共渗合金强化、等离子束熔凝硬化、等离子联合化学镀湿法火法表面冶金、等离子束熔覆金属陶瓷涂层等，开发了等离子束气缸套淬火机床、等离子束熔覆机床等专用设备，申报了十余项专利，具备了自主知识产权。我国曾将内燃机气缸套激光淬火技术列为“七五”、“八五”攻关计划，但是气缸套等离子束淬火机床在国内迅速推广普及的现实大大超出了当初的期望值。在农机配件市场上，等离子束淬火气缸套已成为主流产品。究其原因，是等离子束淬火技术符合优质高效低成本的市场需求。由此推断，等离子束熔覆金属陶瓷涂层技术在市场上也将会有出色的表现。以下主要介绍近期开发成功的真空非等轴压缩等离子束熔覆金属陶瓷涂层技术及应用。
　　
　　2 真空非等轴压缩等离子束熔覆的技术特点
　　
　　用于表面改性的等离子束与用于其他目的的等离子束有着较大的区别，其中最基本的要求是，弧柱截面功率密度分布尽可能均匀，其理想截面为矩形，即在扫描带上垂直扫描方向的各点受热一致。但要做到理想功率密度截面是困难的，一般达到近似椭圆加热截面也可满足众多的工业要求。按照表面改性的技术要求对等离子束进行非等轴压缩，就是为了达到上述目的。
　　与激光熔覆技术相比，等离子束熔覆对操作环境无特殊要求，无需设备降温、除尘等辅助要求，操作简单，设备维护维修容易，占地面积小，设备造价可降低2/3，电热转换效率高，输入输出功率比值可达到或低于2:1。转移弧式等离子束流放电是在等离子炬中心阴极和预敷涂料并穿透涂料至工件表面之间进行，工件表面的大量微凸起点产生尖端放电，在等离子束辐射热和电阻热下与合金陶瓷涂料瞬间熔融并凝聚，生成低冲淡率的呈冶金结合的金属陶瓷熔覆涂层，这种高效快速穿透加热效应是等离子束的又一特点，进一步提高了等离子束的加热效率，提高了熔覆速率，减少了工件蓄热变形。大功率等离子设备容易设计制造，实现5千瓦以上的输出功率不存在技术瓶颈，为适应各种工况要求并在不同工业领域推广应用奠定了基础。
　　在真空（负压）环境中熔覆，消除了冷空气对等离子弧柱的压缩及对流干扰，提高了等离子束的导热率和弧柱稳定性，避免了熔覆过程合金元素的氧化烧损，消除了熔覆层中的氧化夹渣与气孔，提高了合金元素利用率及其强化效果，同时真空容器防止了紫外辐射，改善了操作环境。利用数控真空（负压）等离子熔覆设备可实现稳定批量生产，达到工业使用要求。
　　对煤矿井下刮板输送机中部槽进行等离子束熔覆耐磨蚀涂层试验结果表明，成本增加仅10%，而使用寿命可提高4倍～6倍，性价比提高显著。
　　一般来说，对真空等离子束熔覆层的质量要求如下：
　　①熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性能等按照用户使用要求确定熔覆合金系列；
　　②熔覆层冲淡率与成分均匀一致，内部致密无气孔疏松，与基体呈冶金结合，结合层厚度均匀；
　　③熔覆层厚度根据用户使用要求可在一定范围内任意调节；
　　④熔覆过程合金元素无烧损，无氧化；
　　⑤熔覆层表面平整，粗糙度低；
　　⑥被熔覆零件经合理装夹、熔覆和真空余热退火后不发生变形。



　　真空等离子束熔覆与常压等离子束熔覆相比，等离子束流更为容易扩束和控制，等离子束的热效率进一步提高，熔覆环境改善，熔覆层消除了气孔及疏松等缺陷，提高了熔覆层的致密性、硬度、表面平整度和熔覆效率，减少了熔覆层的后续加工量及合金的浪费，更加适应市场要求。
　　数控真空等离子束熔覆与相近技术-耐磨堆焊及激光熔覆的指标对比见表1。
　　3 结语
　　
　　真空数控等离子束熔覆技术在综合经济技术指标方面优于堆焊与激光熔覆，因而可在众多场合取代堆焊与激光熔覆的同时，开辟更为广阔的应用领域，如目前已在煤矿刮板输送机中部槽及砂浆注浆浓料泵易损件上逐步推广应用，而激光熔覆由于功效低成本高，应用于上述机械产品几乎是不可能的。该技术正处于发展初期阶段，是我国自主开发的一种表面处理新技术，预计将会有较强的国际市场竞争能力。