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 采用熱噴涂技術不僅能提高機器設備的耐磨損性、耐腐蝕性、耐侵蝕性、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，而且能賦予普通材料特殊的功能，諸如高溫超導涂層、生物涂層、金剛石涂層、固體氧燃料電池（SOFCs）電極催化涂層等，因此，熱噴涂技術必然會愈來愈引起人們的重視，并在各個工業(yè)領域獲得越來越廣泛的應用。實際零部件因其材質、形狀、大小及其應用環(huán)境、服役條件等存在很大差別，要想成功采用熱噴涂涂層來解決所面臨的技術問題，必須遵循特定的過程，其中，最重要的有以下五個關鍵過程。 

1．準確分析問題所在，明確涂層性能要求； 
2．合理進行涂層設計，包括正確選擇噴涂材料、設備、工藝及遵循嚴格的涂層質量性能評價體系等； 
3．優(yōu)化涂層制備工藝； 
4．嚴格控制涂層質量； 

粘結底層材料選擇

   當需要在金屬基體上噴涂陶瓷涂層工作層時，由于陶瓷涂層材料在化學鍵、晶體結構和熱物理性能等方面與金屬材料存在相當大的差別，有必要先在金屬基體上噴涂一層合金粘結底層，提高表面陶瓷涂層與基體金屬之間結合強度的同時，還可以緩解兩者之間熱物理性能的差別。在基體尺寸形狀或結構難于進行噴砂或粗化處理時，也推薦采用粘結底層。此外，對于工作層雖然為金屬，但其熱物理性能與基體金屬相差較大，或兩者的潤濕性很差時，也推薦采用粘結底層。

1.常用粘結底層材料的性能要求

一般來講，作為粘結底層噴涂材料應具有以下四方面的性能特點：

 1與基體表面結合強度高，甚至能產生微區(qū)冶金結合。特別是具有“自粘結”效應的Ni-Al型復合粉末，在熱噴涂過程中，Ni與Al能發(fā)生化學反應，生成金屬間化合物，并釋放出大量熱量，甚至這一反應過程能夠持續(xù)到粉末碰撞到基體表面時仍在進行，該效應十分有利于變形粒子與基體表面形成微區(qū)冶金結合，從而提高粘結合底層與基體之間的結合強度。

2具有抗氧化耐腐蝕能力。特別是作為陶瓷涂層的粘結底層，當在高溫下工作時，環(huán)境中的氧氣和腐蝕介質能夠通過陶瓷涂層的孔隙侵入到粘結底層，這就要求粘結底層在高溫下能形成致密的氧化物保護膜，以保護基體金屬不被氧化和環(huán)境介質的腐蝕。

3 涂層表面具有合適的粗糙度，它不僅能為噴涂工作層提供良好的粗化表面，有利于提高工作層與粘結底層之間的結合強度，而且對工作層表面的粗糙度也有直接影響。

4具有合適的熱物理性能，特別是熱膨脹系數(shù)、熱導率等，最好介于基體材料和工作層之間，以減小兩者之間的熱膨脹不匹配性，降低涂層內的熱應力和體積應力，有利于提高涂層的使用壽命。

  鑒于粘結底層的重要性，在進行涂層設計時，應綜合考慮基材熱物理特性和具體工況條件謹慎選擇。

2.粘結底層材料選擇方法

在進行涂層設計時，針對粘結底層的選擇，主要考慮以下兩方面因素的影響。

 1粘結底層與基體材料的相容性。當基材為普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鎳鉻合金、鋁、鎂、鈦、鈮等材料時，可選用具有“自粘結”效應的噴涂粉末作為粘結底層材料，涂層十分致密，孔隙率低，能顯著提高表面工作層與基體之間的結合強度（熱噴涂與再制造） 。但要注意，該類粘結底層在酸性、堿性和中性鹽的電解液中不耐腐蝕，不易在該類液態(tài)化學腐蝕條件下用作粘結底層。 
   當基材為銅及銅合金時，應優(yōu)先選用鋁青銅作粘結底層，由于Cu和Al之間在熱噴涂過程中也會發(fā)生放熱反應，生成金屬間化合物，因此，鋁青銅在銅及銅合金表面具有一定的自粘結性，有利于提高涂層與基體之間的結合強度，且該涂層具有良好的抗熱沖擊性和抗氧化性。 
   當基材為塑料及聚合物類基體時，為避免基材表面被高溫粒子燒焦而出現(xiàn)“焦化”，從而影響工作層與塑料基體之間的結合，常常選擇低熔點金屬（如Zn、Al等）或塑料加不銹鋼復合粉末作為粘結底層材料（熱噴涂與再制造）。塑料加不銹鋼復合粉末是由塑料粉末和不銹鋼粉末復合而成的粉末，主要用作塑料類基體上噴涂高熔點金屬、陶瓷或金屬陶瓷涂層時的粘結底層材料。其中的塑料組分質軟，且流平性好，使涂層與基體塑料有良好的粘結強度，并使塑料基體的受熱減至最小；而不銹鋼組分則具有良好的耐化學腐蝕性能（熱噴涂與再制造） ，可形成鑲嵌在塑料涂層中的硬質顆粒，有利于形成粗糙表面，為噴涂工作層提供比較理想的“錨固”結構，此外，不銹鋼組分還有利于把噴涂焰流的熱量散開，從而避免塑料基體產生局部過熱或焦化，對提高粘結底層與基體的結合強度有利。 
   當基材為石墨基體時，為防止石墨和鎢在高溫下發(fā)生反應生成碳化鎢，引起石墨脆化，可噴涂鉭作為粘結底層。此外，鉭涂層與鋼基體之間也能形成自粘結結合。 
   值得注意的是，在熱噴涂技術中，鉬（Mo）也被作為一種具有自粘結效應的粘結底層來廣泛使用。這是因為Mo在400℃下，會迅速發(fā)生氧化，生成具有揮發(fā)性的MoO3，產生急劇升華，裸露出的鉬的熔滴對大多數(shù)金屬及其合金的干凈平滑表面有極好的潤濕鋪展性能，從而形成自粘結效應。除金屬外，它還能夠粘結在陶瓷、玻璃等非金屬表面，但在銅及銅合金、鍍鉻表面、氮化表面和硅鐵表面等除外。 
  此外，具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和耐蝕性能的確NiCr合金，雖然不具有自粘結效應，但也是廣泛使用的一種粘結底層材料。

2粘結底層與工況條件。作為整個涂層的一部分，粘結底層的選用也必須滿足工況使用要求。由于應用涉及的工況環(huán)境很多，也很復雜，下面僅從工作溫度和腐蝕環(huán)境兩個方面進行闡述。
  1)工作溫度。每一種粘結底層材料都有其適宜的工作溫度范圍，熱噴涂技術中常用粘結底層材料的特性及最高使用溫度如表所示。

粘結底層特性及最高使用溫度

   2) 腐蝕介質。對于在腐蝕介質中工作的涂層，進行涂層設計時要特別注意，粘結底層及工作層均應首先具備抵抗工作介質腐蝕的能力，此時，選擇粘接底層時，應以耐工作介質腐蝕作為優(yōu)先考慮條件，在此基礎上，再考慮盡可能提高結合強度，如果粘結底層選擇不當，涂層壽命很難滿足使用需求。例如，某醋酸泵軸套防腐耐磨涂層選用Al2O3-TiO2陶瓷涂層作工作層，當采用Ni-Al型粘結底層時，其使用壽命很短，大約只有兩周時間，有時甚至出現(xiàn)“脫殼”現(xiàn)象；而當選用Mecto 700（Ni20Cr10W9Mo4Cu1C1B1Fe）時，其使用壽命可長達1.5-2年（熱噴涂與再制造）。由表中所列的常用粘結底層特性可知，Ni-Al型粘結底層均不耐電解質溶液腐蝕，Ni-Cr(80/20)可耐多種化學介質腐蝕及氣體腐蝕的能力，而Mo可耐多種強腐蝕介質腐蝕。一些金屬涂層與所適應的環(huán)境介質如表所示。

部分金屬涂層及其適應的介質

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