通過(guò)特定的工藝在基材表面形成特定的涂層，可以有效改善材料的表面性能，與之相關(guān)的技術(shù)包括氣相沉積、電化學(xué)沉積、高能束表面處理和熱噴涂等，其中熱噴涂是用專用設(shè)備把某種固體物質(zhì)加熱熔化或軟化并加速噴射到工件表面，形成一種覆蓋物薄層（涂層）以獲所需性能的工藝方法。

熱噴涂實(shí)例（等離子噴涂，來(lái)源：laserax）

熱噴涂所用材料種類繁多，諸如金屬、合金、陶瓷等均可作為噴涂材料， 陶瓷氧化物中，氧化鋁是用量大、用途廣的品種之一。氧化鋁因具有熔點(diǎn)高，硬度大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，有較好的絕緣性等特性，其涂層被廣泛應(yīng)用于耐磨，耐蝕，耐高溫，絕緣等相關(guān)領(lǐng)域。

一、熱噴涂的基本原理

熱噴涂技術(shù)是采用氣體、液體燃料或電弧、等離子弧、激光等作熱源，使合金、陶瓷、氧化物、碳化物以及它們的復(fù)合材料等噴涂材料（絲狀、棒狀、粉末）加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，通過(guò)高速氣流使其霧化，然后噴射、沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面，從而形成附著牢固的表面層的加工方法。熱噴涂工藝示意圖如下：

熱噴涂工藝示意圖

熱噴涂技術(shù)工藝方法很多，各有特點(diǎn)，無(wú)論何種工藝方法，噴涂過(guò)程中形成涂層的原理和涂層結(jié)構(gòu)基本一致。熱噴涂形成涂層的過(guò)程一般經(jīng)歷四個(gè)階段：噴涂材料加熱熔化階段、霧化階段、飛行階段、碰撞沉積階段。

熱噴涂碰撞沉積示意圖

二、氧化鋁的熱噴涂方式

熱噴涂技術(shù)的核心是對(duì)熱噴涂材料進(jìn)行加熱使之熔化或半熔化并加速沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面形成涂層，因此，熱源的應(yīng)用和控制對(duì)熱涂過(guò)程至關(guān)重要。目前熱噴涂采用的熱源主要有氣（液）體燃燒火焰、電弧和等離子弧等，如下是常見的熱噴涂技術(shù)分類。

常用的熱噴涂技術(shù)分類

不過(guò)熱噴涂種類雖多，但由于本身設(shè)備的限制，很多熱噴涂技術(shù)并不能用于氧化鋁陶瓷涂層的制備。目前較為常用的熱噴涂氧化鋁方式主要有兩種，一個(gè)是具有高熱源（15000 K） 的等離子噴涂，另一個(gè)則是具有高焰流速度（500~700m/s）的爆炸噴涂。

1、等離子噴涂

等離子體被稱為除氣、液、固態(tài)外的第四態(tài)，即在高溫下電離了的“氣體”，在這種“氣體”中正離子和電子的密度大致相等，故稱為等離子體。等離子噴涂技術(shù)是以等離子焰流（即非轉(zhuǎn)移型等離子?。闊嵩粗苽渫繉拥墓に嚪椒ā?/span>

等離子噴涂的原理如下圖所示，等離子噴涂時(shí)噴嘴（陽(yáng)極）與噴槍（陰極）分別與直流電源的正負(fù)極相連，陰極與陽(yáng)極產(chǎn)生的非轉(zhuǎn)移型等離子弧將Ar、N₂等工作氣體加熱解離成高溫等離子氣，在機(jī)械壓縮、熱壓縮和自磁壓縮的共同作用下，從噴嘴高速(1000~2000m/s)噴出,形成高速的等離子焰流；噴涂粉末被送粉氣輸送到噴嘴處的焰流中，熔化并以大于150m/s的速度噴射到基體上，層層堆疊形成涂層。

等離子噴涂原理示意圖

等離子噴涂的焰流溫度很高，適合于高熔點(diǎn)材料如氧化物的噴涂，主要用于制備耐磨減摩用化鉻涂層、耐磨用氧化鋁涂層、隔熱用熱障涂層等陶瓷涂層。

2、爆炸噴涂

爆炸噴涂是將一定量的噴涂粉末注入噴槍的同時(shí)，引入一定量的按一定比例配制的氧-乙炔混合氣體，將混合氣體點(diǎn)燃產(chǎn)生爆炸能量（溫度可高達(dá)3300℃），使粉末加熱到高塑性或熔融狀態(tài)，以每秒4~8次的頻率高速（可達(dá)700-760m/s）撞擊工件表面形成高結(jié)合強(qiáng)度和高致密度的涂層，每爆炸噴射一次，隨即有一股脈沖氮?dú)饬髑逑礃尮堋１▏娡康淖畲筇攸c(diǎn)是涂層非常致密，氣孔率很低，與基體結(jié)合性強(qiáng)，表面平整，可噴涂金屬陶瓷、氧化物及特種金屬合金。

爆炸噴涂原理示意圖

爆炸噴涂因其涂層的質(zhì)量高，受到了各行業(yè)廣泛的認(rèn)同和歡迎。目前爆炸噴涂已在能源工業(yè)、汽車工業(yè)、紡織工業(yè)、鋼鐵工業(yè)及造紙行業(yè)等部門內(nèi)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，較成功的涂層主要是耐磨涂層，主要有碳化鎢(WC)涂層、碳化鉻涂層、氧化鋁涂層、碳化鈦涂層等。

參考資料：

[1] 吳子健，吳朝軍，曾克里，王全勝編. 現(xiàn)代熱噴涂技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2018.01.

[2] 孫明磊.爆炸噴涂Al2O3復(fù)合涂層的制備及其摩擦學(xué)性能研究[D].蘭州理工大學(xué)，2023

[3] 趙運(yùn)才，何揚(yáng)著. 《高溫超聲深滾噴涂金屬陶瓷涂層的組織結(jié)構(gòu)及其摩擦學(xué)性能》2024

編輯整理：粉體圈Alpha