3.有较大差异性的多材料之间复合可以获得优异的性能。
陶瓷材料（氧、氮、碳、硼化物）因具有较高的熔点（>1000°C）和硬度等优异的性能而成为优秀的电弧喷涂材料，它们主要用于高温部件的防冲蚀磨损、腐蚀、氧化等防护，但是，单一陶瓷材料因为具有较多的空隙、较低的断裂韧性以及与金属底材差别较大的热膨胀系数而大受限制。金属间化合物具有优越的高温强度和抗氧化性，能很好的耐冲蚀。但是其室温脆性严重制约了此类材料的应用，研究表明，在加入诸如Cr3C2、WC、TiC、SiO2、TiN等陶瓷材料后能极大改善其在高温、高负荷下耐磨性的要求，金属基陶瓷复合材料兼具金属间化合物和陶瓷材料双重性能，既能弥补单一陶瓷断裂韧性低、与基体匹配性能差，又能极大提高涂层耐高温冲蚀磨损的能力，使其成为目前主流的抗高温耐冲蚀磨损涂层材料。当前的金属基-陶瓷复合材料种类较多，国内外主要集中在Cr3C2(-NiCr)，WC-Co(-Cr)、WC-Cr-Ni、TiC-CrNiMo等金属陶瓷以及在铁基、铝基等金属涂层材料中添加AlN、Al2O3、SiC、TiC、Cr3C2粉末等，由于陶瓷与金属基的不匹配性造成这类金属基复合涂层存在较多的缺陷，目前，发现类似于MOSi2、MO5Si3等金属陶瓷在某些温度范围兼具陶瓷与金属的一些优点，是未来发展的一个重要方向。另外，一些拥有特殊晶体结构的耐高温金属间化合物（TiAL系）是目前研究的热点。
非晶或准晶材料由于其特殊的结构使得它们比同成分的晶体材料拥有优异得多的性能，比如拥有更低的热传导，低的摩擦系数，更好的耐蚀性和耐高温氧化性能以及高的硬度的高温强度。在合金涂层方面，具体表现为拥有极为优异的耐磨性和耐蚀性，非晶金属间化合物涂层材料是当今涂层材料研究的重点之一。目前国内外用于非晶涂层的材料如Fe(Ni)-Cr-B非晶涂层、Duocor涂层、Fe(Ni)-Cr(-Mo)-C(-P)非晶涂层等都具有出色的力学和耐蚀性能，不仅如此，B，Si等元素还能与Fe、Ni等形成低熔点共晶，扩大固、液相温度区域，极大的提高了喷涂材料的润湿能力，形成喷焊从而有效降低气孔，提高了涂层致密性。但是对于非晶涂层的组织结构和形成机理的了解还不完善，并易再结晶，从而限制了对其进一步的应用和发展，在可能的情况下，我们将着重解决非晶涂层的结构和形成机制。
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另外，合金涂层中添加稀土元素能很好的提高合金性能，目前这方面的研究刚刚开始，也是发展趋势之一，如最近有人在Fe基金属涂层中添加不同种类的稀土元素(Fe-B-REM)都获得了较高性能的合金涂层，显微结构中出现了具有极佳抗氧化能力的稀土氧化物和金属间化合物，并显著细化了晶粒。表明在喷涂过程中出现了稀土元素和合金元素的冶金反应，对于具体的组织结构和作用将会得到进一步的研究
在上世纪八十年代前后，出现了复合丝和粉芯丝，为电弧喷涂技术的应用拓展了领域。
粉芯丝是外层为金属内芯装有粉粒的丝材，由于粉芯的材质可选用陶瓷、金属陶瓷或特殊金属与合金元素，并且在喷涂时构成它们的元素之间，以及这些元素与外皮金属之间产生一系列反应，使涂层性能得到复合与叠加，可衍生出许多优异的特性。
应用于煤粉锅炉抗蚀涂层材料，曾先后出现了镍基合金、复合涂层、FeCrAl、NiCrAl、NiCr(80/20,70/30) 、不锈钢、NiCrTi等合金，均有不同程度的效果，这些涂层材料与HVOF所喷涂的NiCr-Cr3C2粉不同，它们是线材形态，专用于电弧喷涂的。NiCrTi的典型产品是TAFALOY45CT，曾被认为是电弧喷涂有效的抗蚀材料。它的缺点是价格昂贵，难以在中国普遍采用，即使在国外，它也受到低廉产品的挑战。
3.3 电弧喷涂设备
电弧喷涂系统一般是由喷涂专用电源、控制装置、电弧喷枪、送丝机及压缩空气供给系统等组成。
3.3.1 电源
目前，电弧喷涂设备使用变压器抽头式平特性整流电源配合等速送丝系统，通过调节电源外特性来调整电弧电压，通过调节送丝速度改变喷涂电流， 由于电弧的电压和电流可以独立分开调节，因而喷涂的规范调节比较方便。平特性电源在弧长变化时，能够引起较大的电流变化，所以电弧自调节作用强；同时这种特性的电源短路电流较大，容易引弧，也有利于防止喷涂时金属丝产生粘丝的现象。这种电弧喷涂设备的主要问题在于：喷涂工作的稳定性和可靠性差，电
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源的静特性与动特性适应不了电弧喷涂的要求，容易造成涂层缺陷和喷涂过程中断；不能喷涂铝涂层，因为在铝丝表面总是存在着氧化膜，导致2根铝丝之间引弧非常困难，即使引燃电弧，喷涂
中也容易熄弧，从而导致喷涂过程的中断。此外，这种系统使用变压器抽头式平特性整流电源，通过工频变压器降电压来调整输出电压，因此这种电源的体积和质量大，耗材、效率和功率因素低，适应性差，难以进行电弧喷涂的现场施工。
对于电源部分，国外研制出了采用陡降外特性电源、雾化气用氩气或空气的单丝电弧等离子喷涂系统。这种系统改变了传统的双丝电弧喷涂的原理，使用一根金属丝作正极，喷枪上的钨极作负极，形成等离子转移弧。这种系统采用陡降外特性，雾化气使用氩气，也可以用空气等其他活性气体。此系统喷枪比普通电弧喷枪尺寸小、质量轻，配件也相应地减小。 单丝电弧等离子系统喷涂时金属的沉积率比双丝电弧喷涂高，而且氧化产物少，涂层致密。双丝电弧与雾化气流垂直，单线电弧与气流方向相同，因此后者的噪声大幅度降低。单线电弧等离子喷涂系统的雾化气流中，可以看到超音速气流具有如同钻石似的一串光斑，使熔化的粒子产生加速运动，提高涂层的性能。另外，此系统可以通过调节送丝速度来控制微粒尺寸和温度，得到更理想的涂层2/3。单丝电弧等离子喷涂系统设备的维护复杂，而且由于送丝方向与气流方向垂直，从而导致送丝很困难，操作时易受空间的限制。
使用逆变式电源作为电弧喷涂的主电源也是近几年研究的方向203。逆
变电源动态响应速度快，电弧的动特性好，喷涂时产生的飞溅小。而且，逆变电源也可以十分方便地做局部改动，使其既可以输出直流，又可以输出高频交流方波或高频脉冲直流波形。喷涂时，不但电弧稳定，还可以利用阴极的雾化作用，除铝丝表面的氧化膜，从而顺利地喷涂铝丝。也可以改成高频脉冲直流输出，这种电弧则可以利用脉冲的高压去除铝表面的氧化膜。因此，可以认为，逆变电源取代传统的变压器抽头式主电源是必然趋势。
3.3.2 送丝机构
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喷涂枪采用3种设计方案：a 手持喷涂。送丝机构与喷枪分开，采用推
丝的方法送丝。喷枪的体积小、质量轻、操作灵活、适应性强，但涂层的均匀性受操作者影响，送丝的距离不能大于5m。b 固定式喷枪。送丝机构与喷枪设计为一体，采用拉丝送丝，这种设计送丝距离远，涂层均匀，但喷枪笨重，常常安装在导轨上进行操作，其适应性较差，成本高。C 采用上述两者的综合设计，送丝采用推拉设计，但在喷枪中的拉丝机构很小，仅仅起辅助作用。这种设计成本高，应用并不多。 3.3.3 喷枪
常规的敞开式喷枪结构如图9a所示。雾化气只能使用一种气体，一般为压缩空气。气流的方向正对着: 根丝材的交点，射流从雾化喷嘴送出后，接喷射到工件表面涂层。这种喷枪所形成的涂层质量较差，而且电弧外泄，影响操作。图9b为经过改进后的半封闭式喷枪，这种结构额外加入了一个二次雾化喷嘴，所用的雾化气为充布在喷枪体内的压缩空气。二次雾化喷嘴的气流可以压缩从一次雾化喷嘴中喷出的射流，从而提高了射流的速度，并且进一步改善射流的雾化效果，提高了涂层的质量；此外，二次雾化气流在一定的程度上降低了电弧的外泄，减轻了劳动强度。但是，这种喷枪不能使用不同的雾化气，因此无法方便地实现对金属射流的保护。
1—空气嘴；2:—后盖 （绝缘电木) 3—送丝嘴；4—枪体；5—雾化喷嘴；6—电弧罩；7—二次雾化喷嘴。
图9 敞开式电弧喷涂枪示意图
敞开式喷枪使用压缩空气作雾化气，熔化的粒子表面易氧化，由此得到的涂层氧化物含量和孔隙率比较高，只能用于一般的场合。对于耐腐蚀性有较高要求的工件，如造纸行业的蒸煮器，必须喷涂很厚的涂层且表面用封孔剂才能满足要
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求。涂层厚导致内应力大，涂层的孔隙和氧化物影响涂层的结合强度和性能。涂层产生孔隙的基本原因是飞溅。喷涂时，雾化粒子冲击到基体表面并被压平；如果粒子冲击时发生飞溅，产生含有孔隙的非结合区，结合较差。粒子喷溅的外形取决于喷涂粒子的相对动能和表面能，也与粒子的数量、速度、直径、密度、表面张力有关。减小飞溅的方法有：减小粒子的大小，适当降低粒子的速度。粒子的大小和速度决定于雾化气与电弧丝端部的状态以及熔化金属之间的相互作用。降低粒子的速度会影响结合强度，因此喷涂粒子的熔融状态与高速化是对矛盾体，不能单纯追求粒子的高速化。减小粒子尺寸，飞溅减小，涂层表面均匀，但由于粒子表面积与质量比增加，氧化程度相对的增加，涂层的氧化物含量会增加。减小粒子尺寸的另一种方法是提高雾化气流的速度，然而提高雾化气流速度会产生相应的问题。雾化气流提高至超速时会产生震荡波，震荡波容易搅乱喷涂的工艺规范，从而减小粒子的速度，限制了有效雾化气流速度；而且提高雾化气流的速度，会减小粒子大小，当粒子的大小减小到不适合程度的时候，对消除飞溅起反作用。较粗的粒子在飞行中可以保持较高的温度，粒子的高热能可以获得结合强度也高的涂层。此外，由熔化极电弧理论可知，同种材料在相等的电流下，阴极产热大于阳极产热，阴极熔化比阳极快。由于阳极线材温度相对较低，以较慢速度熔化所得到的金属微粒比阴极金属微粒的直径大10倍以上，因此，阳极的金属微粒冲击到基体表面后，形成的涂层比较粗糙；而阴极丝材则相反，所形成的涂层较均匀。为了解决这些问题，只有通过改进喷枪的设计，如采用封闭式喷枪，才能获得理想的射流雾化效果。
封闭式电弧喷涂枪的结构如图2 所示。封闭式弧喷涂枪将喷涂电弧整体封闭在喷枪中，因此不存在电弧外泄的问题，在极大程度上改善劳动条件，提高了生产效率。由于电弧封闭在喷枪中，电弧能充分加热金属丝以及在电弧区的射流，提高了能量利用率，而且使射流达到更高的温度。射流具有较高的温度是实现质量优异的电弧喷涂层的一个最基本的条件。从图2中可以清晰地看出，封闭式喷枪采用了双级射流雾化系统，虽然其中心射流受震荡影响，但是次级射流很少受震荡波的影响。初级射流冲击喷涂丝交叉点，沿轴向带走熔化的喷涂丝端部的熔滴，而次级气体射流在喷嘴收缩的部位，围绕轴向射流，形成锥形罩，其雾化效果优异，粒子的尺寸大幅度减小，飞溅降低。一次雾化使用的是收敛—扩散型喷
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