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2025年10月23日
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♦热喷涂原理
1. 热喷涂涂层的形成
热喷涂时，涂层材料的粒子被热源加热到熔融态或高塑性状态，在外
加气体或焰流本身的推力下，雾化并高速喷射向基体表面，涂层材料的粒子
与基体发生猛烈碰撞而变形、展平沉积于基体表面，同时急冷而快速凝固，
颗粒这样遂层沉积而堆积成涂层。
2．热喷涂涂层的结构特点
热喷涂涂层形成过程决定了涂层的结构特点，喷涂层是由无数变形粒
子相互交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构，涂层中颗粒与颗粒之间不
可避免地存在一些孔隙和空洞，并伴有氧化物夹杂。涂层剖面典型的结构如
下图，其特点为：
＊ 呈层状
＊ 含有氧化物夹杂
＊ 含有孔隙或气孔
典型的涂层剖面图
3. 热喷涂涂层的结合机理
涂层的结合包括涂层与基体的结合和涂层内部的结合。涂层与基体表
面的粘结力称为结合力，涂层内部的粘结力称为内聚力。涂层中颗粒与基体
之间的结合以及颗粒之间的结合机理，目前尚无定论，通常认为有以下几种
方式。
（1） 机械结合
碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒和凹凸不平的表面相互嵌
合，贝以颗粒的机械联锁而形成的结合（抛锚效应），一般来说，涂层与基
体的结合以机械结合为主。
（2） 冶金－化学结合
这是当涂层和基体表面产主冶金反应，如出现扩散和合金化时的
一种结合类型。当喷涂后进行重熔即喷焊时，喷焊层与基体的结合主要是冶
金结合。
基体粗糙度
氧化物加杂 孔隙或孔洞颗粒间的粘接颗粒基体粗糙度
基 体
涂 层
对基体的粘接力
（3） 物理结合
颗粒与基体表面间由范德华力或次价键形成的结合。
4。涂层的残余应力
当熔融颗粒碰撞基体表面时，在产生变形的同时受到激冷而凝固，从
而产生收缩应力。涂层的外层受拉应力，基体有时也包括涂层的内层则产生
压应力。涂层中的这种残余应力是由热喷涂条件及喷涂材料与基体材料的物
理性质的差异所造成的。它影响涂层的质量、限制涂层的厚度。工艺上要采
取措施以消除和减少涂层的残余应力。
♦ 热喷涂涂层的性能
1. 化学成分
由于涂层材料在熔化和喷射过程中，在高温下会与周围介质发生作
用生成氧化物、氮化物，以及在高温下会发生分解， 因而涂层的成分与涂
层材料的成分是有一定的差异的，并在一定程度上影响涂层的性能。如
MCrAlY 氧化后会影响其耐蚀性，而WC－Co 经氧化和高温分解后其耐磨性
会降低。通过喷涂方法的选择可以避免和减轻这一现象的发生。如采用低压
等离子喷涂可大大减少涂层材料的氧化，而高速火焰喷涂则可以防止碳化物
的高温分解。
2. 孔隙度
热喷涂涂层中不可避免地存在着孔隙，孔隙度的大小与颗粒的温度
和速度以及喷涂距离和喷涂角度等喷涂参数有关。一般来说，温度及速度都
低的火焰喷涂和电弧喷涂涂层的孔隙度都比较高，一般达到百分之几，甚至
可达百分之十几。而高温的等离子喷涂涂层及高速的超音速火焰喷涂涂层则
孔隙度较低。最低可达0.5％以下。
3. 硬度
由于热喷涂涂层在形成时的激冷和高速撞击，涂层晶粒细化以及晶
格产生畸变使涂层得到强化，因而热喷涂涂层的硬度比一般材料的硬度要高
一些，其大小也会因喷涂方法的不同而有所差异。
4. 结合强度
热喷涂涂层与基体的结合主要依靠与基体粗糙表面的机械咬合（抛
描效应）。基材表面的清洁程度、涂层材料的颗粒温度和颗粒撞击基体的速
度以及涂层中残余应力的大小均会影响涂层与基体的结合强度，因而涂层的
结合强度也与所采用的喷涂方法有关。
5. 冷热疲劳性能
对于一些在冷热循环状态下使用的工件，其涂层的抗冷热疲劳（或称
热震）性能至关重要，如若该涂层的抗热震性能不好，则工件在使用过程中
便会很快开裂甚至剥落。涂层抗热震性能的好坏主要取决于涂层材料与基体
材料的热膨胀系数差异的大小和涂层与基体材料结合的强弱。
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