金屬熱噴涂是一種通過(guò)熱源將金屬材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，高速噴射沉積在基體表面形成功能性涂層的表面改性技術(shù)。其核心原理是利用動(dòng)能與熱能協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)涂層材料的冶金或機(jī)械結(jié)合。該技術(shù)按熱源形式及工藝特性主要分為電弧噴涂、等離子噴涂、超音速火焰噴涂（HVOF）、火焰噴涂及冷噴涂五類工藝，通過(guò)精確控制能量輸入與材料狀態(tài)，賦予基體抗腐蝕、耐磨損、隔熱、導(dǎo)電等多元化性能，已成為現(xiàn)代工業(yè)裝備延壽與功能升級(jí)的關(guān)鍵手段。

熱噴涂層形成過(guò)程示意圖

電弧噴涂

電弧噴涂以兩根金屬絲材為自耗電極，通過(guò)其尖端持續(xù)放電產(chǎn)生的超4000℃電弧高溫，瞬間熔化金屬絲端部，隨即被高速壓縮空氣流強(qiáng)力霧化并加速噴射至基體表面。其工藝優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備簡(jiǎn)潔便攜、噴涂速率高且綜合成本經(jīng)濟(jì)，特別適合大型結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)施工，如橋梁鋼塔、石化儲(chǔ)罐等。典型的鋅、鋁及其合金涂層具有優(yōu)良的犧牲陽(yáng)極保護(hù)效應(yīng)，成為海洋環(huán)境與工業(yè)大氣防腐的首選衛(wèi)士。同時(shí)，不銹鋼、高碳鋼絲材的噴涂層可顯著提升水輪機(jī)過(guò)流部件、礦山機(jī)械等易磨損部位的服役壽命。

電弧噴涂工藝工作原理圖

等離子噴涂

作為尖端熱噴涂技術(shù)代表，等離子噴涂依賴非轉(zhuǎn)移型等離子弧產(chǎn)生的超10000℃高溫核心，可輕松熔融包括高熔點(diǎn)陶瓷在內(nèi)的各類粉末材料。粉末粒子在高速等離子射流裹挾下撞擊基體，形成致密且結(jié)合牢固的功能涂層。在惰性氣體或真空環(huán)境防護(hù)下，能最大程度抑制材料氧化分解，保障涂層化學(xué)純度與相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這一特性使其成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層（如氧化釔穩(wěn)定氧化鋯）、人工骨骼生物活性羥基磷灰石涂層、高端密封部件耐磨硬質(zhì)涂層的不可替代工藝。

等離子噴涂工藝工作原理圖

超音速火焰噴涂（HVOF）

HVOF技術(shù)將燃料氣體（如丙烷、氫氣）與高壓氧氣在特制燃燒室內(nèi)劇烈燃燒，生成超過(guò)1500m/s的超音速焰流。噴涂粉末粒子在此環(huán)境中被充分加熱加速，以高達(dá)300-500m/s的極限速度轟擊基體，依靠巨大動(dòng)能實(shí)現(xiàn)塑性變形與致密沉積。其最核心優(yōu)勢(shì)在于涂層具備無(wú)與倫比的致密度（孔隙率<1%）和超高結(jié)合強(qiáng)度（>80MPa）。該工藝是制備碳化鎢鈷（WC-Co）、碳化鉻鎳鉻（Cr3C2-NiCr）等超硬耐磨涂層的黃金標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、石油鉆探工具及高端液壓設(shè)備精密閥芯的抗磨蝕強(qiáng)化。

火焰噴涂

作為歷史最悠久的熱噴涂方法，火焰噴涂以氧-乙炔燃燒火焰作為熱源（溫度2500-3100℃），既可熔化金屬線材，也可加熱特制合金粉末。通過(guò)壓縮空氣流將熔融材料霧化后定向噴涂于工件表面。盡管其涂層孔隙率相對(duì)較高（10%-20%），結(jié)合強(qiáng)度僅屬中等，但其設(shè)備投資低、操作靈活簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)十分突出，特別適合現(xiàn)場(chǎng)施工或預(yù)算有限場(chǎng)景。其典型應(yīng)用涵蓋管道外壁熱浸鋅/鋁長(zhǎng)效防腐、農(nóng)用機(jī)械磨損件現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)、以及滑動(dòng)軸承巴氏合金層的便捷制造。

冷噴涂

冷噴涂技術(shù)徹底顛覆了"高溫熔融"的傳統(tǒng)路徑。它利用高壓壓縮氣體（氮?dú)饣蚝猓┰诶郀枃姽苤信蛎浖铀伲瑢⒐虘B(tài)金屬粉末粒子加速至300-1200m/s的超音速狀態(tài)。高速粒子撞擊基材時(shí)通過(guò)劇烈塑性變形實(shí)現(xiàn)固態(tài)冶金結(jié)合。整個(gè)噴涂過(guò)程基體溫度可控制在500℃以下，消除了材料相變、氧化、殘余熱應(yīng)力等諸多問(wèn)題，使其能夠?yàn)殇X、銅、鈦甚至對(duì)熱敏感的鎂合金構(gòu)件噴涂純金屬（如導(dǎo)電銅層）或高活性材料（如鈦合金生物涂層），完美解決了電子元件引腳導(dǎo)電強(qiáng)化、鎂合金部件海洋防腐等傳統(tǒng)熱噴涂無(wú)法應(yīng)對(duì)的難題。

應(yīng)用領(lǐng)域：跨行業(yè)的工程解決方案

金屬熱噴涂憑借其顯著的性能定制能力，深度滲透至現(xiàn)代工業(yè)核心領(lǐng)域：

能源交通：風(fēng)電塔筒電弧噴涂鋁鋅長(zhǎng)效防腐；核反應(yīng)堆內(nèi)構(gòu)件等離子噴涂耐輻射涂層；汽車活塞環(huán)HVOF超耐磨碳化鎢強(qiáng)化。

航空航天：航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層隔絕千度烈焰；飛機(jī)起落架HVOF碳化鉻涂層抵御嚴(yán)苛磨蝕。

生物醫(yī)療：人工關(guān)節(jié)等離子噴涂生物陶瓷誘導(dǎo)骨整合；鈦合金植入體冷噴涂純鈦層提升生物相容性。

電子化工：半導(dǎo)體散熱器冷噴涂高純銅導(dǎo)熱層；反應(yīng)容器內(nèi)襯等離子噴涂耐蝕合金。

高端制造：模具表面火焰噴涂鎳基合金提升脫模性；3D打印基板冷噴涂銅形成導(dǎo)電基底。

結(jié)語(yǔ)

金屬熱噴涂以其獨(dú)特的技術(shù)邏輯—在高溫瞬間或超速動(dòng)能中重塑材料表面—構(gòu)筑了現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的功能化表面解決方案。從經(jīng)典經(jīng)濟(jì)的火焰噴涂，到精密極端的等離子與HVOF，再到顛覆創(chuàng)新的冷噴涂，不同工藝在性能、成本與應(yīng)用場(chǎng)景中各展所長(zhǎng)。展望未來(lái)，隨著高熵合金涂層、納米復(fù)合粉末、智能在線監(jiān)控技術(shù)、增減材復(fù)合制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，金屬熱噴涂必將在極端服役環(huán)境裝備、新能源器件、生物集成器械及綠色再制造領(lǐng)域釋放更為澎湃的科技潛能，持續(xù)為工業(yè)裝備賦予更強(qiáng)韌、更智慧、更長(zhǎng)壽的表面生命。

參考來(lái)源：

吳應(yīng)東，等：冷噴涂增材制造技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

陳永雄，等：熱噴涂技術(shù)的裝備應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

國(guó)洪建，等：熱噴涂技術(shù)的研究進(jìn)展及思考

中國(guó)粉體網(wǎng)

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