APS（大氣等離子噴涂）在材料加工中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

來源：發(fā)布時(shí)間：2025-08-07

大氣等離子噴涂（Atmospheric Plasma Spraying, APS）是利用高溫等離子焰流（溫度可達(dá)10,000–15,000℃）將粉末材料熔化并高速噴射至基體表面，形成致密或功能化涂層的技術(shù)。其優(yōu)勢在于：設(shè)備成本低、工藝靈活、適合大規(guī)模生產(chǎn)，且無需真空環(huán)境即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面涂層制備。然而，APS工藝中粒子飛行速度（200–500 m/s）與溫度的動(dòng)態(tài)波動(dòng)易導(dǎo)致涂層孔隙率（3–8%）偏高、結(jié)合強(qiáng)度不足，尤其在高溫服役環(huán)境下易引發(fā)涂層剝落失效。如何平衡效率與質(zhì)量，成為APS技術(shù)推廣的關(guān)鍵難題。

APS在材料加工中的重要應(yīng)用場景

航空航天領(lǐng)域：熱障涂層（TBCs）

APS是制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層的主流技術(shù)。通過噴涂氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）陶瓷層，可實(shí)現(xiàn)基體與高溫燃?xì)饬鞯母魺?，提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率。例如，某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用APS-TBCs后，葉片表面溫度降低150–200℃，壽命延長3倍以上。

能源裝備：耐磨與耐腐蝕涂層

在燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐管道等場景，APS噴涂的NiCr-Cr3C2、WC-Co等金屬陶瓷涂層可明顯提升部件耐磨性。例如，某電廠鍋爐水冷壁噴涂APS-NiCr涂層后，腐蝕速率降低80%，檢修周期從1年延長至3年。

汽車工業(yè)：輕量化與功能涂層

APS技術(shù)用于鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體表面噴涂鋼層，可替代傳統(tǒng)鑄鐵缸套，實(shí)現(xiàn)減重30%的同時(shí)提升耐磨性。此外，在新能源汽車電池殼體噴涂絕緣涂層，可滿足高壓安全需求。

APS工藝的主要挑戰(zhàn)與優(yōu)化方向

涂層孔隙率控制

孔隙是涂層失效的主要誘因。優(yōu)化策略包括：

粉末粒度級配：采用雙峰分布粉末（如15–45μm+5–15μm混合），提升填充密度；

噴涂參數(shù)優(yōu)化：通過DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定好的電流（500–600A）、噴涂距離（80–120mm）及送粉速率（30–50g/min）；

后處理技術(shù)：結(jié)合激光重熔或熱等靜壓（HIP）降低孔隙率至1%以下。

殘余應(yīng)力管理

APS涂層與基體熱膨脹系數(shù)差異易導(dǎo)致殘余拉應(yīng)力。解決方案包括：

梯度涂層設(shè)計(jì)：通過多層過渡材料（如NiCoCrAlY+YSZ）緩解應(yīng)力集中；

低溫噴涂（CGDS）復(fù)合工藝：在APS基礎(chǔ)上引入冷噴涂層，降低熱影響。

工藝穩(wěn)定性提升

等離子炬壽命、粉末流動(dòng)性波動(dòng)等問題影響重復(fù)性。上海智聆信息技術(shù)有限公司開發(fā)的APS智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集電壓、電流、氣體流量等參數(shù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測設(shè)備故障，將工藝波動(dòng)率降低至±3%以內(nèi)。

上海智聆信息技術(shù)有限公司：APS工藝的智能化賦能者

作為國內(nèi)先進(jìn)的表面工程解決方案提供商，上海智聆信息技術(shù)有限公司聚焦APS工藝痛點(diǎn)，推出三大重要服務(wù)：

定制化涂層開發(fā)：針對航空航天、能源領(lǐng)域需求，提供從材料選型到工藝驗(yàn)證的全流程支持；

智能噴涂設(shè)備：集成高精度送粉器與閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)涂層厚度均勻性±5μm以內(nèi)；

大數(shù)據(jù)分析平臺：通過采集10萬+組噴涂數(shù)據(jù)，建立工藝-性能映射模型，助力企業(yè)縮短研發(fā)周期50%以上。

APS技術(shù)憑借其高效性與經(jīng)濟(jì)性，已成為材料表面改性的重要手段。面對涂層質(zhì)量與工藝穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)，行業(yè)需通過材料創(chuàng)新、參數(shù)優(yōu)化及智能化手段實(shí)現(xiàn)突破。上海智聆信息技術(shù)有限公司將持續(xù)深耕APS領(lǐng)域，以技術(shù)賦能推動(dòng)中國高級制造升級。