铝电解用可湿润性阴极具有与铝液良好湿润性能,极距缩短、槽寿命延长,有巨大节能潜力。等离子喷涂技术制备TiB₂可湿润性阴极涂层不含碳质元素,避免了碳胶涂层因含碳质元素易受到电解液腐蚀的缺陷,并且具有良好的导电性能、结合强度较强和较好的抗热震性能。因此,本论文系统的研究了等离子喷涂技术在石墨质阴极碳块上沉积TiB₂可湿润性阴极涂层,为工业化生产提供可靠的理论依据和指导。首先对等离子喷涂TiB₂涂层的高温氧化过程进行了理论研究,然后研究了等离子喷涂参数对TiB₂涂层沉积效率的影响规律,分析了TiB₂涂层的显微组织结构、相成分、涂层与阴极碳块的结合机理。最后对TiB₂涂层结合强度、导电性、孔隙率、耐磨损、显微硬度、抗热震性、与铝液湿润性、抵抗钠渗透、铝液和电解液腐蚀等性能进行了表征并研究了影响规律。主要研究内容及获得的结果如下：（1）通过热力学和TG-DSC分析得到：120℃～492℃时,TiB₂的氧化产物为固相TiO₂和固相B₂O₃,492℃～1177℃时,氧化产物为固相TiO₂和液相B₂O₃。在此两种情况下,氧化产物覆盖在YiB2粉末的表面,阻碍TiB₂粉末进一步氧化,呈现出良好的抗氧化性能。然而当温度大于1177℃时,氧化产物为固相TiO₂和气相B₂O₃,气相B₂O₃挥发逸出使TiB₂粉末中留下孔隙,氧气通过孔隙扩散到TiB₂粉末内部,加速TiB₂粉末的氧化速度,导致TiB₂粉末的抗氧化性能逐渐变弱。（2）研究了喷涂工艺参数对沉积效率的影响,结果表明TiB₂涂层沉积效率随喷涂距离的增加而增大,然而当喷涂距离大于100 mm时会产生疏松的涂层。涂层沉积效率随主气流量、送粉速率和喷涂功率增加先增大后减小,随粉末直径降低而增大。通过分析得到影响TiB₂涂层结合强度和沉积效率因素的主次顺序为：主气流量（Ar）>喷涂电压>喷涂距离>喷涂电流。通过正交实验研究得到最佳等离子喷涂参数为：主气流量（Ar）2000 L·h-1、喷涂电压72 V、喷涂距离90 mm、喷涂电流580 A、送粉气流量（Ar）120 L·h-1,送粉速率27.34g·min-1、颗粒直径dso=18μm、喷枪移动速度为100 mm·s-1。在此条件下,TiB₂的涂层结合强度和沉积效率分别为7.2 N·mm-2和65.63%。（3）通过等离子喷涂过程中氧化行为的研究得到：在喷涂过程中TiB₂粉末的氧化产物为TiO₂、Ti（BO3）、Ti₂O₃、Ti₃B₄、Ti₃O5等,采用Ar做保护气氛可使涂层中的氧含量由15.91%降到10.05%。大颗粒TiB₂在喷涂过程中处于半熔化状态,形成盘状贴片,小颗粒TiB₂完全熔化起到连接大颗粒TiB₂粒子的作用。TiB₂涂层与碳块基体结合机制主要是机械结合,局部为冶金结合,等离子喷涂TiB₂涂层的结合强度（7.2 N·mm-2）明显高于TiB₂/C碳胶涂层的结合强度（3.10N·mm-2）。（4）通过涂层高温电阻率性能研究发现TiB₂涂层的电阻率随温度升高逐渐降低。惰性气体的保护可明显降低涂层的电阻率,如960℃时用Ar作为保护气体保护获得的TiB₂涂层的电阻率可从0.0257Ω·cm降低到0.018Ω·cm。研究颗粒大小对涂层显微硬度影响,发现涂层显微硬度随颗粒直径的减小而增大。TiB₂涂层抗热震性能的研究发现经过9次冷热循环后,开始出现小部分的剥落和破损现象。将TiB₂涂层浸泡在铝液中48 h后发现微量的TiB₂被溶解,铝中钛含量由0.0026%（质量百分数）变为0.0042%（质量百分数）。（5）通过对比TiB₂涂层和碳块与铝液的湿润性能发现TiB₂涂层的可湿润性优于石墨质阴极碳块。通过静态腐蚀对比实验,得到TiB₂涂层抗钠渗透和冰晶石腐蚀性能好于石墨质阴极碳块。通过电解实验4 h后,只有少量的F、Na、Al渗透到TiB₂涂层的内表面。在220 kA电解槽上试应用TiB₂涂层,等离子喷涂TiB₂涂层制备工艺经济成本（1441元/m2）低于TiB₂/C碳胶涂层（2970 元/dm2）,并且等离子喷涂TiB₂涂层工艺制备过程环境友好。当前,等离子喷涂制备TiB₂涂层的时间效益差限制了其大规模工业化应用。应通过进一步改进等离子喷涂技术,获得制备TiB₂可湿润性阴极涂层高效率低成本工艺,将获得更具有前景的工业化应用效果。