低壓等離子噴涂技術及研究現狀

洪敏，王善林，陳宜，鄧穎，郭正華，陳衛民，吳集思，黃永德

（1.江西省航空構件成形與連接重點實驗室，南昌 330063；2.廣州先藝電子科技有限公司，廣州 511400）

熱噴涂技術作為材料科學領域的關鍵技術之一，是先進制造技術的重要組成部分。技術原理是利用氣體燃燒或放電將原料顆粒加熱至熔融或半熔融狀態，然后通過火焰射流或者壓縮空氣將其噴涂到基體上，顆粒最終變平并固化成堆疊的碎片，并形成涂層。熱噴涂涂層因其耐磨、減摩、隔熱、絕緣、抗高溫、抗氧化、防微波輻射等功能特性，以及可以對因磨損、腐蝕引起的零件尺寸減小進行修復的優勢，能夠達到節約材料、節約能源的目的，在航空航天、汽車船舶、石油化工等領域得到了廣泛應用[1]。

等離子噴涂技術是20 世紀70 年代發展起來的一種熱噴涂技術，相對于傳統的高壓氧氣燃料噴涂和電弧噴涂技術，等離子噴涂技術顯現出更高的效率[2]。等離子噴涂可提供與基材卓越粘合且緊湊的結構、可變的厚度和較低的熱應變度，尤其適用于無定形涂層的形成。隨著服役環境對涂層性能要求的提高和噴涂技術的革新，等離子噴涂技術得到了新的發展，比如超音速等離子噴涂、低壓等離子噴涂等[3—4]。文中主要對低壓等離子噴涂技術的特征和研究現狀進行綜述。

1 低壓等離子噴涂原理及特征

1.1 原理

等離子噴涂技術是以直流電驅動的等離子弧作為熱源，將陶瓷、合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態，并高速噴向經過預處理的基體表面，從而形成附著牢固涂層的方法[5]，其原理如圖1 所示。在噴槍電極（陰極）和噴嘴（陽極）之間施加一個高電壓并經過高頻振蕩器的激發，使氣體（氬氣、氮氣、氫氣等）電離形成電弧。通過特殊孔型的噴嘴時，電弧受到機械壓縮，電弧截面積減小，同時受外部不斷送來的冷氣流和導熱性很好的冷噴嘴孔道壁的冷卻作用，電弧柱外圍氣體受到強烈冷卻，溫度降低，導電截面縮小，產生熱收縮效應，電弧進一步被壓縮，造成電弧電流只能從弧柱中心通過，電弧電流密度急劇增加，形成高壓縮、高速等離子射流。噴涂粉末被送粉氣載入等離子焰流（兩種方式：槍外送粉和槍內送粉），使粉末很快呈熔化或半熔化狀態，并高速噴射在工件表面形成致密的片狀涂層。

圖1 等離子噴涂原理Fig.1 Principle of plasma spraying

1.2 分類和特征

將等離子噴涂設備放置在低壓保護性氣體中操作，可以獲得結合強度高、結構更致密且成分污染少的涂層。根據保護氣壓力的大小可大致分為低壓等離子噴涂、超低壓等離子噴涂和噴射等離子噴涂技術。

低壓等離子噴涂技術是20 世紀60 年代由Steson和Hauk 提出，1973 年美國EPI 公司研制了首臺低壓等離子噴涂設備[6]，80 年代，該公司在等離子噴涂技術、真空技術和自動控制技術基礎上成功研制出現代意義上的低壓等離子噴涂技術并實現其商業化生產和銷售。等離子射流中存在固、液兩相，獲得的是層狀結構的涂層，如圖2 所示[7]。低壓等離子噴涂顆粒呈熔融態或半熔融態，但使用低壓等離子體噴涂（LPPS），可以通過控制沉積氣氛將噴涂顆粒速度維持在較高水平來顯著阻止粉末的氧化，從而使得LPPS 涂層和基底之間具備高粘合強度，提升涂層性能。

圖2 YSZ 涂層截面SEM 形貌Fig.2 Cross-sectional SEM morphology of YSZ coating

超低壓等離子噴涂是在低壓等離子噴涂基礎上發展起來的一種新型噴涂技術，由Sulzer Metco AG和法國蒙貝利亞-貝爾福特技術大學LERMPS 實驗室首先提出[8]。超低壓等離子噴涂（VLPPS）是在惰性氣氛保護下，在100～1000 Pa 的異常低壓下運行的，可用于制造陶瓷和金屬涂層。與大氣壓等離子體噴涂（APS）甚至低壓等離子體噴涂（LPPS）相比，等離子體流的結構和沉積機理有所不同，超低壓等離子噴涂涂層是由蒸氣凝結而成，而不是由沖擊后的扁平顆粒堆積，熔融顆粒的擴散和固化所致[9—11]。與低壓等離子噴涂相比，該技術工藝參數調節范圍大，可實現固相、液相、氣相的沉積，沉積速率低于0.5 μm，能獲得理想層狀、柱狀或層柱復合結構涂層，如圖3 所示。

等離子噴射沉積是M.Gorski 于1996 年提出的一種新型等離子噴涂技術，結合了大氣等離子體噴涂（APS）和電子束物理氣相沉積（EB-PVD）的優勢，可以以半熔融狀態、熔融狀態和氣相的混合狀態進行沉積[12]。使用氣相沉積時，可以獲得具有高孔隙率和低導熱率柱狀結構的噴涂熱障涂層。與超低壓等離子噴涂技術采用大功率噴槍，實現噴涂材料的氣化相比，等離子噴射沉積噴槍的功率小于5 kW，電弧電流為低壓100 A，動態工作壓力為低壓1000 Pa 時，通過調節噴槍與真空腔內保護氣體壓差，實現超音速射流沉積；沉積速率遠高于傳統的PVD 和CVD 沉積，且冷卻速度快，易獲得良好納米結構的柱狀涂層，如圖4 所示。

圖3 超低壓等離子噴涂技術制備的涂層Fig.3 Coatings prepared by ultra-low pressure plasma spraying technology

圖4 等離子噴射沉積納米鉑涂層Fig.4 Plasma spraying deposition of nano platinum coating

2 低壓等離子噴涂研究現狀

低壓等離子噴涂作為一種新型噴涂技術，雖然出現時間不長，但越來越受到各個國家的關注。瑞士Sulzer Metco AG 和法國蒙貝利亞-貝爾福特技術大學LERMPS 實驗室一直開展相關技術的研究工作。21世紀，美國Sandia National Laboratories 和德國Julich能源所等也展開相關研究，發表了一些學術論文。在國內，航天材料及工藝研究所已成功引進低壓等離子噴涂設備，開展了相關技術和理論研究；此外北京航空航天大學、西安交通大學、大連理工大學、裝甲兵工程學院、廣州有色金屬研究總院等單位也積極開展相關方面的研究；在交通運輸部“十一五”項目的支持下，2009 年大連海事大學成功研制了超低壓等離子噴涂與沉積設備，制備的SUS316 不銹鋼涂層為結構致密的等軸晶涂層、YAZ 涂層為類柱狀晶涂層。國內外對低壓等離子噴涂技術的研究主要聚焦在熱障涂層、燃料電池、太陽能，以及半導體薄膜制備及應用等方面。

2.1 熱障涂層

熱障涂層（TBC）由于重量輕且導熱系數低，增強了基底金屬的熱機械和化學性質，已廣泛應用在汽車缸體、燃氣輪機以及飛機渦輪葉片上。當前熱障涂層主要依靠大氣等離子噴涂、等離子體增強化學氣相沉積、電子束物理氣相沉積、靜電噴涂輔助氣相沉積等手段進行制備[13]。大氣等離子噴涂制備的涂層比較疏松，呈片層結構，表面粗糙度低，抗熱沖擊效果較差，涂層易氧化，但熱導率也低，設備簡單，沉積效率高。電子束物理氣相沉積和等離子體增強化學氣相沉積制備的涂層結構致密、呈柱狀晶結構，抗氧化性和抗腐蝕性更好，涂層界面以化學鍵結合為主，結合力強，涂層表面光潔，不易封堵葉片的冷卻氣通道，有利于保持葉片的空氣動力學性能，但是電子束物理氣相沉積制造成本高，涂層導熱率高，涂層材料成分控制困難，存在所謂“陰影”效應和原材料利用率低等不足。靜電噴涂輔助氣相沉積，是一種用于通過在電場下噴涂粉末，在加熱的基材超合金上生產陶瓷涂層的方法[14]，可有效保護燃氣輪機轉子或葉片，并延長使用壽命。由于較低的服務成本和增加了靜電噴涂輔助氣相沉積，該方法非常有效，但沉積涂層后需要進行熱處理工藝，以消除涂層表面的應力和碳含量，因而制備工序繁瑣，耗費時間較多。

與傳統大氣等離子噴涂相比，低壓等離子噴涂工藝在低壓保護氣氛中進行，涂層不易氧化，而且低壓等離子噴涂設備功率大，噴涂材料易熔化、氣化，噴射速度快，可以實現柱狀涂層結構或層柱復合涂層結構，提高涂層的相關性能。大連海事大學高陽教授[15—16]對比分析了大氣等離子噴涂和低壓等離子噴涂ZrO2-8%Y2O3的涂層顯微結構。APS 噴涂8YSZ球形燒結粉涂層含有直徑達100 μm 的孔隙。雖然粘接-破碎粉涂層中沒有單個較大直徑的孔隙，但彌散分布著直徑為10～20 μm 的孔隙。LPPS 噴涂8YSZ 球形粉涂層呈現類似柱狀晶結構，且粘接-破碎粉涂層無孔隙、結構致密，表面平滑。通過改變噴涂工藝參數，可以獲取不同顯微結構的涂層，如圖5 所示[17]。當噴涂載氣為Ar/H2，送粉率20 g/min 時，涂層主要以層狀結構為主。當載氣為Ar/He，提高電弧能量，涂層為納米團簇的柱狀結構，但納米團簇結構之間有較多孔隙；當送粉率降低為2 g/min 時，涂層沉積速率降低，由單一軸向方向的生長轉變為非單一軸向生長，涂層雖呈柱狀結構，但結構更為致密。Al2O3納米粉的添加可以抑制YSZ 熱生長，因為高溫熱處理時Al2O3會擴散到YSZ 晶粒界面處，抑制YSZ 晶面的熔合[16]。在Y2O3-CeO2-TZP/NiCoCrAlY 梯度熱障層中添加質量分數為0.6%～0.8%的稀土硅鐵，涂層的抗熱震性能有一定程度提高；添加質量分數為0.8%～1.0%的稀土硅鐵，涂層的抗高溫氧化性能提高，但是添加量過高，其抗熱震、抗氧化性能均會下降[18]。雖然低壓等離子噴涂制備的熱障涂層具有更優越的熱穩定性、抗熱震性、界面結合強度等，但是還未見實際應用的報道。

圖5 不同噴涂工藝參數下低壓等離子噴涂涂層顯微結構Fig.5 Microstructure of low-pressure plasma spraying coating under different spraying process parameters

2.2 燃料電池

一般來說固體氧化物燃料電池（SOFC）的運行溫度接近1000 ℃，高溫條件對系統電解質、電極和連接件等抗高溫侵蝕、高溫機械性能等提出了苛刻要求，因此，SOFC 系統的電解質、電極和連接件一般采用陶瓷氧化物。等離子噴涂技術是制備SOFC 系統中陶瓷氧化物部件的關鍵技術，且獲得了工程應用。Schiller 等[19—20]利用低壓等離子噴涂技術在鑲嵌于雙極板的多孔CrFe5-Y2O3基體上噴涂陽極、電解質、陰極和接觸層，獲得了30～50 μm 厚的多孔陽極和陰極、厚度小于30 μm 的致密電解質層，電池整體厚度小于100～120 μm。900 ℃的功率密度為200 mW/cm2，1000 h 的衰減率約1%，安全運行2500 h。上海硅酸鹽研究所祝迎春等[21]研究了低壓等離子噴涂過程中納米TiO2的結構變化和粒子注入特性，研究發現TiO2納米顆粒有無定型轉化為銳鈦礦結構和金紅石結構，圖層表現出良好的Li+注入電流和電化學穩定性，真空等離子噴涂的氧化鈦涂層具有帶微孔和納米晶粒的多孔結構。涂層不同平面展現出不同的導電機理，因而表現出獨特的電性能，例如可調的電阻和電容。這些電學性質與納米相結構和晶間成分以及低價鈦陽離子密切相關，后者可以通過等離子噴涂參數進行控制，極大增大了SOFC 的靈活性。

Va?en R[22]等使用具有多孔結構的FeCr 合金作為載體，利用復合噴涂技術，分別使用大氣等離子體噴涂（APS）和低壓等離子體噴涂物理氣相沉積（PS-PVD）涂覆陽極和電解質，其中陽極使用標準的Ni/YSZ（涂層混合物）粉末，陰極層由絲網印刷的La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ（LSCF）非燒結漿料組成。通過PS-PVD 獲得26 μm 厚的氣密性電解質，其參數經過優化，可以避免下面的金屬多孔載體發生明顯彎曲。另外，在將經過APS 處理的陽極和經過PS-PVD 處理的電解質噴涂在金屬多孔載體上，獲得了氣密的半電池組件。將LSCF 陰極絲網印刷在半電池的頂部，所得電池在800 ℃和0.75 V 的條件下具有可接受的OCV 和優于1 A/cm2的優異性能。由于PS-PVD 的高輸入功率和較小的氣壓，孔隙率僅僅為9%，有效改善了電解質的微觀結構。為了更進一步提高SOFC 的性能，李成新等[23]采用等離子噴涂方法制備YSZ 電解質層，并將硝酸鋯和硝酸釔混合致密化浸滲溶液均勻地刷涂在YSZ 電解質層的外表面，并在一定溫度下保溫一段時間，使得滯留在空隙內的溶液分解成氧化物填充空隙，重復多次，得到致密的YSZ 電解質層涂層氣體泄漏率大幅度下降，從而提升SOFC 性能。

低溫固體氧化物燃料電池（LTSOFC）在清潔能源生產中顯示了巨大的商業應用潛力。尋求低成本和易于制造的方法是LTSOFC 研究中最重要的問題之一。Kang Yuan 等[24]應用低壓等離子噴涂技術，在固體雙極板和多孔鎳泡沫上均形成均勻且致密的Ni0.8Co0.15Al0.05LiO2-δ（NCAL）涂層，分別用作保護涂層和電極催化劑涂層。微觀結構研究表明，在LPPS過程中，涂層形成了多相，并且在涂層中發生了原位納米微晶化。在4 電池堆中實現了約30 W 的輸出功率，這表明在雙極板上進行低壓等離子噴涂的NCAL涂層效果良好。基于NCAL 涂層的鎳泡沫的燃料電池在1.08 V 時達到開路電壓（OCV），在550 ℃時的最大功率密度為717 mW/cm2，表明低壓等離子噴涂技術在降低低溫固態氧化燃料電池的成本方面具備巨大的潛力。

2.3 太陽能

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。目前市場上以光伏效應工作的晶硅太陽能電池占據主流，而以光化學效應工作的薄膜電池還處于萌芽階段，太陽能電池主要由背板、電池片、EVA、鋼化玻璃以及膠封組件組成。Rodolfo 等[25]采用低壓等離子噴涂技術處理太陽能電池玻璃基板，觀察到不僅清潔了基板并且形成了氧基官能團，其促進了玻璃基板的親水性。這種雙重作用導致銀層與經等離子體處理的基材的粘合性得到改善，而鏡子的太陽光反射率沒有明顯損失。最小間隙距離（2 mm）和最低速度（1 m/min）的等離子處理在這項工作中取得了最佳效果，使未處理的玻璃鏡的斷裂強度提高了85.8%，并且在加工條件下太陽反射率沒有明顯變化。在加速老化之后，其斷裂強度保持了27.2%的提高，并且比未處理的玻璃鏡表現出更高的太陽反射率。Woo Jung Shin 等[26]采用對照組實驗，與等離子體增強化學氣相沉積（PE-CVD）進行比較，驗證了低成本的低壓等離子噴涂技術，研究了在硅太陽能電池中使用富含稀土的ZrO2作為抗反射涂層的可能性。研究了噴涂ZrO2薄膜的結構、光學和電學性質。低壓等離子噴涂沉積的ZrO2是高度透明的，在600 nm 處的折射率為2.0。ZrO2薄膜的反射和透射光譜表明，噴涂沉積的ZrO2的光學性質與通過等離子體增強化學氣相沉積法沉積的SiNx相當，但成本大幅度下降對太陽能電池的產業化具有極大的裨益。

對于薄膜電池而言，等離子體噴涂作為一種前沿技術，可應用于合成具有良好內在特性的高度穩定的負載型TiO2光催化劑，以用于SPEC 污染修復工藝。Dosta S[27]等評估了等離子噴涂條件對涂層最終結構和相分布的影響，并將這些特性與其作為SPEC 使AO7 溶液脫色的光陽極的性能相關聯。已經發現，TiO2（銳鈦礦和金紅石）的結晶相比非化學計量的TiO2亞氧化物更具有光催化作用，具有較高比例的結晶相的涂層表現出更好的光電催化性能，生成的TiO2亞氧化物增強了涂層的導電性，有利于將其用作光陽極。等離子噴涂涂層的結構特征顯示出TiO2厚度的輕微影響，最佳值約為200～230 μm。由于光催化過程發生在涂層表面上，因此具有較高影響力的特性成為3D 表面粗糙度。當照射到較大的比表面積時，氧化劑會發生大量光生反應，并顯著增強AO7 的SPEC降解。由于涂層A3 的主要結晶相含量（金紅石和銳鈦礦）具備較大的3D 表面粗糙度和適當的厚度，因此獲得了最佳的SPEC 光活性。

低壓等離子噴涂技術制備的SiOx薄膜具有致密、化學穩定性高、透光性好且與Si 基材具有良好的相容性等優點，在制備太陽能電池上具有重要意義，并獲得了工程應用。N.Spalatu 等[28]為了改善CdTe 薄膜太陽能電池的光俘獲能力，將Au 納米顆粒摻入CdTe 中，并通過低壓等離子噴涂技術將該層用于CdS/ CdTe 太陽能電池中。結果顯示經由低壓等離子噴涂處理，在等離子CdS/CdTe 太陽能電池的Jscand效率分別從22.4 提高到24 mA/cm2，這歸因于較高量的噴涂溶液（15 mL）會在CdTe 上生成多孔表面層，并降低CdS/CdTe SC 的光伏參數，從而大幅度提升了電池的發電效率，可以展望的是低壓等離子噴涂技術及相關生產工藝的進一步提升，將推動太陽能電池的產業化、規模化。

2.4 半導體

半導體是指常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。半導體在集成電路、消費電子、通信系統、光伏發電、照明應用、大功率電源轉換等領域有著巨大的應用。低壓等離子噴涂技術在半導體的生產中占據重要的地位，利用低壓等離子噴涂技術可在銀、銅、鋁表面形成涂層，如噴涂Al2O3涂層在半導體器件中作為耐CF4，SF6，O2，Cl2等離子濺射的防護層和作為絕緣涂層；噴涂ZnO 涂層用于透明導電氧化物等[29]。由于等離子濺射下形成的灰塵若沉積在半導體上將會導致半導體報廢，因此對所獲取涂層的致密度有著很高的要求。鄧暢光等[30]分別采用大氣等離子噴涂和低壓等離子噴涂制備高純度的 Al2O3涂層，結果顯示大氣等離子噴涂制備的大氣等離子噴涂氧化鋁涂層呈明顯的層狀結構，涂層比較疏松其孔隙率將近10%，顯微硬度低于HV800 而低壓等離子噴涂氧化鋁涂層致密，層狀結構不明顯孔隙率低于2%，其顯微硬度達到HV900 以上。低壓等離子噴涂中氧化鋁粒子具有較高的運動速度是獲得致密涂層的主要原因。大氣等離子噴涂氧化鋁涂層在0.49 N 載荷下涂層即整體塌陷，而低壓等離子噴涂氧化鋁涂層在載荷達到9.8 N 時涂層才出現開裂，其開裂情況與燒結材料類似，計算得到涂層的斷裂韌度為1.88 MPa·m1/2。

TCO（透明導電氧化物）是一種薄涂層，應用范圍從太陽能電池到觸摸屏半導體設備，具有重要的工業價值。其中ZnO 具有出色的電磁性能，相對于最常用的氧化銦基涂層而言，其原材料價格要低得多。TCO 通常是通過磁控濺射PVD 從陶瓷靶材開始生產的，在某些情況下，低壓等離子噴涂技術也可用于制備靶材。Tului M 等[31]研究了通過低壓等離子噴涂制備ZnO 靶材，重點是等離子噴涂工藝對使用所獲得的靶材沉積的最終薄膜的電磁性能的影響，且評估了低壓等離子噴涂參數對ZnO 等離子噴涂涂層的微觀結構性能的影響。通過SEM，EDS 和XRD 表征涂層，結果表明等離子噴涂可用于實現制備ZnO，并且可以通過選擇正確的工藝參數來優化生產速率。在惰性氣氛下生產的靶制成的膜是導電的，并且僅由氧化鋅構成，但相比于傳統的PVD，其純凈度和生產效率還有很大進步的空間。K.Baba 等[32]對低壓等離子噴涂技術制備ZnO 薄膜進行了進一步的研究，探討了硝酸鋅濃度對噴涂等離子體裝置沉積ZnO 薄膜結構和光學性能的影響。首先用噴涂等離子技術將ZnO 薄膜沉積在玻璃基板上，并研究硝酸鋅前體溶液的摩爾濃度對薄膜的結構和光學性能的影響，發現晶粒度隨著濃度的增加而增加。濃度為0.2 mol 的Zn(NO3)2時，薄膜的晶體質量更好，并且在該濃度下制作的薄膜獲得了最大的應變和粗糙度。當濃度增加時，透射率在可見光范圍內減小。使用0.1 mol 的溶液可以在優先c軸取向和良好的透射率之間實現最佳狀態。

2.5 其他領域

低壓等離子噴涂技術在熱障涂層、耐蝕涂層等領域得到了深入的研究以及應用，從最開始的航空航天逐漸延伸至鋼鐵、船舶、石油化工等領域。近年來低壓等離子噴涂技術在超導涂層、生物功能材料、光學領域等方面的應用也逐漸受到人們的重視。例如采用低壓等離子技術制備的超導厚膜，在沉積后將涂層在氧氣中于750～930 ℃的溫度下加熱，涂層恢復超導性能，涂層的質量和對基材的附著力在很大程度上取決于沉積條件。研究表明，大氣等離子噴涂技術是生產高質量厚YBCO 涂層的有效技術。原料粉末的粒度分布顯著影響沉積涂層的質量。等離子噴涂參數（例如載氣壓力，噴涂距離）在涂層質量和沉積速率均達到最大值的狹窄范圍內顯示出最佳值。在這些優化的條件下，涂層與基材（銅和不銹鋼）均具有良好的附著力[33]。在生物功能領域，由于TiO2良好的生物相容性和化學穩定性，TiO2涂層作為植入材料已被廣泛用于生物醫學。植入物的表面形貌在生物學性能中起著至關重要的作用。等離子噴涂的TiO2涂層的微觀表面不僅有利于體外的成骨細胞附著、分化和骨整合，而且有利于骨骼組織的向內生長，從而改善植入物與骨骼的結合，因此低壓等離子噴涂在生物功能材料的制備方面具備重要地位[34]。

等離子體噴涂過程產生的材料具有典型多孔復雜的微觀結構。受電介質多層反射鏡（DMM）的啟發，熱噴涂涂層可用于光學領域，尤其是用于制造適合大波長范圍的散射和反射涂層的介質。實際上，等離子噴涂基質內部的孔會產生許多光學指數不連續性（類似于DMM 中產生的間隙），以便獲得高反射率，可以通過選擇等離子噴涂工藝參數來定制涂層微結構的孔隙率。E.Meillot 等[35]利用由APS 和SPS 連續制造的氧化鋁雙層材料在300～800 nm 之間顯示出高散射反射率（＞90%），表明等離子噴涂工藝可用于制造散射和反射涂層的潛力。在紫外線可見波長范圍內，材料內孔徑分布的優化可改善反射特性，提升光學元器件的性能。可以展望的是，隨著技術的不斷進步，低壓等離子噴涂技術將在更多的領域發揮越來越重要的作用。

3 展望

低壓等離子噴涂技術在航空航天、鋼鐵、船舶、石油化工等領域得到了廣泛的應用，工業界在利用該技術開發新型功能性涂層的研究上投入了大量的人力物力。今后的研究重點將集中在以下幾個方面。

1）對等離子噴涂焰流形成機制、焰流與噴涂材料的作用機理、噴涂材料與基板的結合機制等規律進行更加深入的研究。

2）低壓等離子噴涂與其他技術的復合，例如低壓等離子噴涂與懸浮等離子噴涂聯動制備多層氧化鋁涂層；采用低壓等離子噴涂與激光重熔，改善陶瓷與金屬的結合形式，以達到涂層與基體的冶金結合。

3）超低壓等離子噴涂技術的發展，可進一步降低動態壓力，使噴涂焰流與速度更加均勻，使其在半導體、超導涂層、燃料電池和太陽能電池的制備等領域擁有更加廣泛的應用。