低壓等離子體噴涂(LPPS)是在20 世紀80 年代發(fā)展起來的，是為了克服大氣等離子噴涂金屬基涂層，尤其是采用鈦、MCrAlY 等材料時噴涂過程中金屬粒子的氧化而開發(fā)的一種新技術。與傳統的大氣等離子體噴涂相比，低壓等離子體噴涂的合金涂層結合強度大于80 MPa，孔隙率通常低于1%或2%，低壓等離子噴涂的環(huán)境壓力一般為5~10 kPa，環(huán)境的低壓使噴槍噴出的等離子體高溫區(qū)域得到延長，并提高了等離子體射流的速度，同時等離子體射流密度變小，噴槍外部等離子體的加熱能力降低，在一定條件下噴涂合金粉末材料可以形成等軸晶涂層，明顯區(qū)別于大氣等離子噴涂的層片狀組織。

   熱噴涂等離子體焰流的溫度高達18000 K，遠遠高于傳統的非冷卻式溫度傳感器熱電阻和熱電偶的測量范圍。熱等離子體射流特性診斷的主要方法有焓探針法、靜電探針法和光譜法等。Gindrat對低壓等離子體射流特性的研究發(fā)現，低壓條件下粒子的平均自由程甚至大于靜電探針的尺寸，不能對低壓熱等離子體中的電子密度和溫度進行準確測量；另外，使用焓探針法測量低壓等離子體射流時，探針前會形成激波，目前還無法對測量數據進行合理解釋。因此，對等離子體射流的診斷多采用非接觸式發(fā)射光譜法，通過測量熱等離子體連續(xù)發(fā)射譜線的相對強度，可以得到熱等離子體射流中的電子溫度，使用特征譜線的展寬可以計算出等離子體的電子密度。采用光譜法對等離子體的診斷已經進行了很多研究，周學鐵等采用Cu 原子的VI 特征譜線對電磁/電熱-化學等離子體的電子溫度進行了測量和計算，董麗芳等設計了水電極放電裝置，采用發(fā)射光譜法對產生的等離子體的分子振動溫度、電子平均能量和電子激發(fā)溫度等隨氣壓的變化情況進行了研究。Semenov等采用多譜線斜率法，使用Ar I 原子譜線計算了大氣壓力下直流電弧等離子體射流中的軸向和徑向電子溫度。徐偉等測量了碳227.1 nm 譜線的線形分布，通過選點擬合得出輻射粒子的離子溫度和旋轉速度徑向分布。但是，有關低壓熱噴涂等離子體射流光譜診斷的研究少見報道。本文用發(fā)射光譜法對低壓下熱噴涂等離子體射流中電子溫度的測量原理進行了分析，研究了不同功率和不同探測距離條件下電子溫度及電子密度的變化，為進一步了解低壓電弧熱等離子體的射流特性提供參考。實驗方法和裝置，實驗中使用大連海事大學熱噴涂研究中心的超低壓等離子體噴涂與沉積系統，噴槍由涂釷鎢陰極、銅陽極和一個喇叭形的噴嘴構成，陽極和噴嘴是分開的，陽極直徑為6 mm，長度為20 mm，陽極與喇叭形的噴嘴中間有絕緣層相連接。為低壓下等離子體焰流照片，低壓環(huán)境下，等離子體的射流發(fā)生膨脹，使噴槍噴出的等離子體射流延長。

   在實驗中首先對低壓噴涂室抽真空，當真空室壓力達到1000 Pa 左右時，向噴槍中通入氬氣，然后引弧，并通入氫氣，氬氣的作用是啟弧并穩(wěn)定噴嘴中的電弧，但是熱焓低，而氫氣具有高的熱導率，熱焓高，可以增強顆粒的傳熱效果，實驗使用的氬氣流量為40 L/min，氫氣流量為15 L/min，等離子炬的輸出功率為23.2、29、34.8、40.6 kW，探測位置距噴槍出口軸向距離為150、200、250、300、350、400、450mm。研究不同輸入功率和探測距離下，低壓等離子炬中電子溫度的變化。