纳米材料由于其结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，为等离子喷涂涂层性能的提高提供有利条件。但由于纳米颗粒材料尺寸(1~100 nm)和质量太小，另外喷涂过程中容易发生烧结，因此，不能直接用于热喷涂，实际使用中是将纳米颗粒材料制备成具有一定尺寸、能够直接进行等离子喷涂的纳米团聚体粉末。等离子喷涂纳米结构涂层已成为当前国内外研究的热点。近年来的研究表明，与传统涂层相比，等离子喷涂纳米结构涂层在强度、韧性、抗蚀、耐磨、热障和抗热疲劳等方面会有显著改善，且部分涂层可以同时具有上述多种性能。众多学者把纳米陶瓷涂层性能的提高归因于涂层中获得的完全熔化区部分熔化区的特殊两相结构。首先将粒径30~80nm 纳米粒子配成胶状悬浮液，加入一定量添加剂后，将该胶状悬浮液进行喷雾干燥成小颗粒；然后将得到的小颗粒先后进行250℃左右的低温烧结和1000℃左右的高温烧结，获得球状微米级纳米团聚陶瓷颗粒，团聚体尺寸分布范围为10~50μm。在等离子喷涂纳米团聚体粉末中，在涂层中保留一定比例的纳米颗粒是其基本目标，同时为保证涂层的粘结强度，需要使纳米团聚体粉末有适当的熔化程度，这与常规等离子喷涂希望获得完全熔化的粉末有一定区别。以纳米团聚体Al2O3-13%TiO2复合陶瓷粉末为材料，采用等离子喷涂技术，在TiAl表面制备出纳米结构复合陶瓷涂层。纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状的完全熔化区组成，根据组织结构的不同，部分熔化区又分为亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构的液相烧结区和经过一定长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子的固相烧结区。等离子喷涂过程中，涂层沉积时的快速凝固作用使原始粉末中部分α-A12O3以及全部θ-A12O3转变为亚稳态γ-A12O3。纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区(片层状组织)、液相烧结区(三维网状结构)及固相烧结区(残留纳米粒子)分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末在温度高于2045℃、介于1840℃到2045℃之间以及低于1840℃区域沉积获得。纳米结构复合陶瓷涂层中不同部分的熔化组织的成因源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2熔点的差异。
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