热喷涂是一种用于工程部件的表面喷涂和修复的工业技术，热喷涂工艺非常便捷，几乎能应用在所有工业领域。通常将金属、合金、金属氧化物、金属/陶瓷混合物、碳化物、线材、棒材以及各种复合材料沉积在不同的基体材料上，可以使基体材料或工件形成保护性或功能性表面涂层。

▲热喷涂原理示意图

一、热喷涂粉体特性

热喷涂粉末占热喷涂材料总用量的70%以上，热喷涂粉末的成分、分布、形貌和粒度因粉末制备方法而异。用于热喷涂的粉末不仅需要满足涂层要求的功能，还必须要满足热喷涂工艺的需求，要能保证粉体可以被流畅、稳定、均匀地输送到喷涂的焰流中，从而保证沉积效率及稳定且均匀的涂层质量。

▼热喷涂粉末特性

二、热喷涂粉末制备方法

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1、雾化法

雾化制粉法是以快速运动的流体（雾化介质）冲击或以其他方式将金属或合金液体破碎为细小液滴，继之冷凝为固体粉末的粉末制取方法。雾化主要用于制造金属和合金粉末，理论上，任何能形成液体的材料均可以进行雾化制粉。根据雾化流体的种类可分为气体雾化法和水雾化法。气体雾化法制备的金属粉末具有粒度细小、球形度好、纯净度高的特点。

雾化法适用于熔点在1600℃以下的金属或合金，比如：Al及Al合金、Cu及Cu合金、Ni-（Cr）-Al系合金、Ni基及Co基合金等。对于制备氧化物和碳化物粉末，主要因为大多数氧化物和碳化物的熔点较高不适于采用雾化法生产。

水雾化粉，不规则形状，与气雾化相比含氧量稍高

（来源：OerlikonMetco）

气雾化粉(来源：同上)

雾化法包括二流雾化法：借助高压水流或高压气流的冲击来破碎液流，分气体雾化和水雾化；离心雾化：借助于离心力破碎液流，分旋转圆盘雾化、旋转电极雾化、旋转坩埚雾化等；真空雾化：在真空中的雾化；超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎。

2、团聚烧结法

团聚烧结法是目前制备热喷涂粉末较常用的造粒方法，是指采用有机胶黏剂（比如聚乙烯二醇）将细微的原料粉末球磨混合制成料浆，通过喷雾干燥装置将料浆制成一定粒度的前驱体粉末，然后再经过脱脂、烧结、筛分得到适于热喷涂用的粉末。

喷雾装置是控制雾滴尺寸的关键，主要有4种类型：旋转喷嘴、高压喷嘴、气动喷嘴和超声波喷嘴。不同喷嘴形成的雾滴尺寸数据：

大部分碳化物、氧化物原料的粒度都比较小，难以直接用于热喷涂，团聚烧结法则很好的将这些微细粒粉末聚合成热喷涂用粉末，且粉末形貌呈多孔球形，流动性好，制备能耗低。再热喷涂过程中加热速度快而均匀，喷涂效率高，常用于制备钴基碳化物系金属-陶瓷粉末、氧化物系陶瓷粉末。

▲熔融粉碎粉（来源：同上）

熔融破碎法制备的粉末成分均匀程度大大的提高、偏析现象极大的减小，这是因为熔化处理有利于成分均匀化，粉末致密呈不规则块状。大部分热喷涂粉末都可以采用熔融破碎法制取，比如氧化物系陶瓷粉末、碳化铬粉末、钴基碳化钨系金属陶瓷粉末等。但是在破碎机粉碎铸锭时会引入铁杂质，需要添加一步物化法除杂工艺，即通过电磁吸附或溶剂溶解来去除。

▲融合和压碎氧化铝热喷涂粉末

来源：Saint-Gobain Coating Solutions

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4、烧结破碎法

烧结破碎法首先是将细微的原料粉末经高温烧结成型，然后采用破碎机对烧结体进行机械粉碎制得粉末的工艺。相对熔融破碎法，烧结破碎法制备粉末的温度较低。一些高熔点材料的铸锭难以破碎成粉体，无法用熔融破碎法制备，而烧结破碎法通过控制烧结参数能够得到容易破碎的烧结体，能很好的解决这一问题。

烧结破碎法可用于制备的热喷涂粉末有：钨粉、钼粉等高熔点金属粉体，钴基碳化物系金属陶瓷粉体，氧化铬系陶瓷粉体等。但所制得的粉体形貌与熔融破碎法制备的粉体相似，也是多棱角不规则块体粉末流动性差，影响喷涂效果。

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5、包覆制粉

壳核结构复合粉末兼有壳、核两种材料的优良性能，被广泛应用于电力、催化及热喷涂等领域，具备壳核结构的粉末一般采用包覆法制备，将一层材料通过机械融合法或者复合化包覆另一种材料。

机械融合法适用于熔点相差悬殊的两种材料，先将粉末加热到两者熔点之间，熔点低的材料处于熔融或半熔化状态，熔点高的材料仍是固态，通过机械混合，两种材料不断焊合，熔点低的材料不断包覆高熔点材料，形成壳核结构的复合粉体。复合化是将韧性相差悬殊的材料，通过不断混合形成的包覆材料。

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6、等离子球化

等离子体球化处理技术的原理是：利用热等离子的高温环境，载气将粉体送入高温等离子体中，粉体颗粒迅速吸热后表面（或整体）熔融，并在表面张力作用下缩聚成球形液滴，进入冷却室后骤冷凝固而将球形固定下来，从而获得球形粉体。

▲射频等离子体球化示意图

致密的球形粉末大部分是通过热等离子体处理获得的，主要有直流(DC)等离子体和射频(RF)等离子体球化粉末，其中最常用的是射频放电等离子体。射频等离子体焰炬的温度较高,可达10000K高温,对难熔金属，陶瓷也能达到球化效果,可以用于粉末材料的二次改造,改变其粉末形貌，增大粉末颗粒的球形度,减少不规则粉末及缺陷粉末。

▲等离子球化球形钽粉（来源：TEKNA）

钽熔点高达3017°C

粉体圈Alpha

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