CN107107097A - 结合了选择性地去除颗粒的热喷涂方法 - Google Patents

Abstract

一种热喷涂的系统和方法包含带喷嘴的热气发生器，用于使热气向着基底加速以气柱的方式投射在基底表面上成一斑点。一个或者多个接近喷嘴出口、向着气柱的原料注射器连接到原料源。热气束将热量和动量传递到原料，使原料粒子撞击基底，以形成涂层。该系统还包括一个或者多个接近喷嘴出口、向着轴线并且连接到液体源的液体注射器。该系统控制注射液体的流量和速度，允许控制液体进入气柱内的深度。该方法选择性地防止次优原料颗粒粘附到基底并且提供在原地去除次优的沉积物。

Description

结合了选择性地去除颗粒的热喷涂方法

技术领域

本发明涉及一种于热喷涂系统中引入的用于在空中连续减少次优原料沉积并且在原地从基底和涂层去除诸如粘附性较低的原料和表面制剂的粗砂颗粒的方法。

背景技术

参考附图中的图1，传统的热喷涂是一种涂敷方法，在该方法中，迫使室2中产生的连续热气流1穿过喷射喷嘴3，形成具有轴线5的发散气柱4。柱4与喷嘴3同轴，并且从喷嘴出口延伸到基底表面6，在基底表面6上，气柱4投射成表面斑点7。由于夹带大气进入气柱的边缘，所以气柱中的温度遵循温度随着离开轴线5的距离降低的高斯分布9(图1)。夹带空气进入气柱的边缘还导致气体的速度随着离开轴线5的距离降低，遵循类似的高斯分布9。热喷射气柱中(接近轴线5)的峰值温度可以达到超过摄氏10,000度的值，而气体的速度能够在每秒几百米至超音速的范围内。加热气体的方法主要有两种：

1)燃烧室，在燃烧室中，燃点可燃气体和氧气或者空气的混合物，并且以超音速(和亚音速)经过喷嘴喷出。

2)等离子管，该等离子管包括电弧室，在电弧室内，在通过该室连续馈送气体混合物的同时，在阴极与阳极之间起电弧。电弧对气体混合物加热，并且气体混合物通过喷嘴作为高温、高速等离子体流喷出。一种能够发出高焓(HE)等离子体流的优选等离子管示于Delcea的美国专利No.6,114,649中。

原料材料通过一个或者多个注射器10注入气柱中。其被夹带在气柱中，这样将热量和动量传递到原料材料，使其高速撞击基底表面，其粘附基底表面以形成涂层11。热喷涂涂层主要由物理力粘附到基底。因为该原因，通常，在涂敷流程之前，通过利用高速研磨颗粒进行喷砂来对基底表面预处理，从而提高表面粗糙度并且提供涂层能够粘附在上面的粘固点。此外，入射在基底上的颗粒必须处于最优温度和速度范围内，以获得的熔态和速度在撞击时足以变形为薄片结构，该薄片结构通常称为激冷片，这样提高对下伏面的物理结合能力。为了形成最优厚度的涂层，常常需要一层以上的激冷片，在这种情况下，执行几次重叠涂层遍数。一遍涂层通常由相对于表面6运动的气柱轴线构成，如箭头8所示。

在传统的热喷涂中，原料材料通常是粒度在几微米至几十微米之间的不同涂层材料的粉末。通常利用载气流，将粉末注入热气柱内。热气束将热量和动量传递到粉末，使其熔融并且撞击在基底表面上，从而形成涂层。因为技术和经济的制约，热喷涂粉末具有较宽的粒径散布，这存在问题，因为在撞击时，与较小粒子相比，较大的粒子形成激冷片需要较大的热量和动量。

在悬浮物热喷涂(STS)中，原料材料由悬浮于液体介质中的颗粒构成。利用该悬浮物流使原料材料注入热气柱内；因此，液体介质代替传统热喷涂中使用的载气。与传统的热喷涂粉末相比，这些颗粒非常小，通常在亚微米至纳米的范围内。某个粒度范围的固体颗粒也存在于悬浮物中，但是该范围通常小于传统热喷涂粉末的粒度范围。在注入热气束柱中后，悬浮物的液体溶剂被气柱的热量蒸发。此后，热量和动量连续传递到颗粒，使其熔融并且撞击在基底表面上，从而形成涂层。

传统粉末中和悬浮物原料中存在的粒径散布对于喷涂流程有害。在理想情况下，所有原料颗粒应当被夹带在沿着轴线5的气柱的最热并且最快的芯区内并且传播。然而，或者是载气或者是液体介质的注射方法通常对所有原料粒子赋予几乎相同的速度。因此，如附图中的图1所示，仅对注射和气柱状况为最优的粒径的原料颗粒12停留在气柱4的轴线5附近，结果是其以获得高质量涂层所需的温度和速度撞击基底。最大、最重的粒子13往往进入气柱4内更远，并且在与原料注射器10对置的气柱4的较冷并且较慢的区中，传播到芯区之外。在较冷、较慢的区中，粒子13未收到在撞击基底时足以形成激冷片的热量和动量，因此，其不能很好地粘附到基底并且在围绕高质量涂层的中心区的环形区内形成次优沉积。最小的并且最轻的原料粒子14同样在围绕高质量涂层的中心区的环形区内形成次优沉积，因为这些粒子不进入气柱的芯内并且代之以在温度和速度次优的边缘内传播。由于涂层通常通过重叠涂层遍数产生多个沉积层来产生，所以次优沉积能够积留在涂层中，降低涂层的粘附力和完整性。因此，通过减少次优沉积在涂层中形成或者积留，将改善涂层强度。通过在原料中增加最优定径的粒子的份额，能够降低次优沉积的形成；然而，缩小粒径范围往往显著提高涂敷流程的总成本。作为一种选择，通过在涂层遍数之间清洁表面上的这些沉积，能够减少不理想的次优沉积的积留。

在施敷热喷涂涂层之前清洁表面上的不想要的材料通常采用的技术包括使加压气体喷流射向该表面。仅压缩喷流常常不能提供足够的清洁；因此，对喷流添加诸如干冰或者陶瓷研磨粒的固体颗粒，以提供更侵蚀性的清洁。关于磨削性的粗粒喷砂，需要对与通常要清洁的区相邻的涂敷区掩蔽掉或者屏蔽掉砂粒，以防止破坏涂层。此外，粗粒喷砂流程使尘粒留在该表面上，其能够积留在涂层中，并且降低涂层的粘附性和完整性。关于这些喷砂技术，采用了与热喷涂涂层施敷所需的设备独立的设备，结果是，如果在喷砂设备清洁不想要的材料时暂停热喷涂流程，则产生额外的设备基建投资费用、维护成本以及涂层生成时间。

有人可能提出可停止原料注射，并且可利用热气柱去除表面上的次优沉积，而无需独立设备。这种方法不可行，因为来自气体的热量能够使次优沉积部分地或者全部熔融，这样在其冷却后能够使次优材料的粘附性升高。此外，即使热气柱可以使次优沉积的粘附性升高，但是该熔融和冷却过程导致的物理结合和表面光洁度与熔融粒子以高速撞击产生的物理接合和表面精制度不可比。

De Vries等人的美国专利申请公开No.2009/0324971 A1讲述了一种原子层沉积技术。原料不注入等离子体中，以沉积与原料具有相同化学性质的涂层。相反，将反应气体的混合物馈送到反应室内，并且使等离子体单独进入，以增强反应率。来自气体的离子与基底化学结合，从而形成原子层。然后，沿着基底表面循环注射水蒸汽，作为以添加方式或者替代方式与表面结合从而改变表面化学性质的反应剂。因此，De Vries讲述了利用更多的反应组分使表面上的不理想的原子/分子的现有化学键随机断开，结果是更多的反应组分代替不理想的原子/分子，并且改变表面的化学性质。De Vries的技术不可转移到结合不是因为化学力而是因为物理力发生的热喷涂流程。例如，发明人相信，即使因为一些未知的原因，在如De Vries讲述的那样热喷涂涂层时，有人可能有动机沿着基底表面注射水蒸汽，但是这样做是非显而易见的，因为这样不大可能导致次优原料粒子被充分冷却从而防止粘附，而且水蒸汽速度也不大能移除松散地粘附的次优沉积。

Ma等人的美国专利申请公开No.2008/0072790讲述了一种利用燃烧室和喷嘴对基底喷射流柱的热喷涂系统。将由液体介质构成的原料材料注入流柱中，该液体介质能够包含有机/无机金属盐的混合物或者微小固体粒子在水中或者挥发性溶剂中的悬浮物。将水和固体粒子预混合为单元原料，并且将其作为混合物从同一个储罐送到流柱。Ma仅采用包含水的悬浮液体作为固体粒子的载体，因为难以利用气体作为载体馈送细粒子(粒度小于10微米)(第0007段)。Ma未讲述将与流柱中的固体颗粒分离析得的诸如水的液体注入流柱中，并且在实施例的描述中未公开实现这种分离的措施。此外，Ma未讲述液体注射调节正形成的涂层的沉积特性或者结构。

Kawaguchi等人的美国专利申请公开No.2004/0203251讲述了半导体圆片制造能够产生当暴露在常压气体和水蒸汽中时将释放(“渗气”)气体反应物的残留物。这些反应物能够对零件或者处理设备产生污染或者腐蚀问题。(第00026段)为了解决该问题，Kawaguchi等人描述了利用产生约束于真空室内的静态、低温辉光放电等离子体的装置对包含残余物的水预加热。(第0031段)然后，根据残余物的化学性质，圆片暴露于含氧或者含氢的气体中，该含氧或者含氢的气体可以是水蒸汽。(第0029段)这种暴露释放有问题的反应物，并且将其转换为无腐蚀性挥发物，然后，通过抽出气体，从真空室去除该无腐蚀性挥发物。(第0030段)Kawaguchi讲述的残余物的去除实质上是在真空状况下静态执行的并且用于将不想要的材料转换为气体的反应热处理。该过程是半导体行业特有的化学过程和重大事项。这种去除机制不适用于在具有较无活性的、非化学结合的碎屑的大气中执行的热喷涂流程，利用机械位错，即，利用粒子与碎屑的碰撞，最好去除该较无活性的、非化学结合的碎屑。

Schlienger等人的美国专利No.4,770,109讲述了利用等离子体喷管，不是喷涂热施敷的涂层，而是加热废料并且使废料压紧于位于焚烧室的底部的转盘上。在压紧和焚烧后，被处理的废料从该室排出，并且重新开始该流程。在等离子体流柱射在转盘上的情况下，通过焚烧器的上盖封固喷管。要处理的废料可以是固体和液体形式的。将固体废料和液体废料注入等离子体流柱；二者都是通过离开等离子体流柱布置的一个导管(附图中的零件22和6－7行的第3栏)馈送的。尽管Schlienger讲述了将固体和液体材料馈送到等离子体喷管产生的等离子体中，但是该流程的目的是销毁原料；因此，Schlienger未提供在热喷涂涂层流程中明显可用的、试图将要求的原料的留置提高到最高的措施。此外，Schlienger未提供为了影响在流柱内处理原料粒子的方式而将液体直接注入等离子体流柱中的措施。

Rosenflanz等人的美国专利申请公开No.2007/0084244A1讲述了为了产生非晶体材料或者玻璃材料而将等离子体喷管用于处理原料材料。各种陶瓷粒子的原料悬浮于载气中，以馈送到等离子体流柱内。馈送到给定长度的等离子体流柱内后，对原料粒子加热并且使其熔融为熔滴。Rosenflanz未做出还使液体注入等离子体流柱内的措施。相反，Rosenflanz讲述了将流柱和原料材料喷入液体中，以将熔融原料冷却为球形或者珠形形式的颗粒，并且将该流程与产生涂层的流程分离。(第0104段)

上述技术或者现有技术都没有提供在热喷涂涂层流程中，在原地可控地去除表面碎屑，同时还在空中降低次优原料颗粒的沉积。因此，希望提供一种热喷涂装置，该热喷涂装置引入避免在涂层中积留具有次优特性的颗粒的这些方式中的两种。

发明内容

本发明涉及一种于热喷涂系统中引入用于在空中连续减少次优原料沉积并且在原地从基底和涂层去除诸如粘附性较低的原料和表面制剂的粗砂颗粒的方法。

在本发明的一个方案中，一种结合方法用于在基底表面上形成涂层。该方法包括：提供热气源和喷嘴，该喷嘴用于将热气成形为与喷嘴同轴的气束柱，该柱投射成基底表面上的斑点，并且提供一个或者多个注射器，该一个或者多个注射器用于将原料注入气束柱内并且用于将液体注入气束柱内；建立原料分布并且将原料分布的一部分确定为最优，而将原料分布的其余部分确定为次优；在气束柱内确定两个体积区，这两个体积区包含：一个第一区，该一个第一区环绕该柱的轴线；以及第二区，该第二区围绕第一区并且与第一区同轴，第一区投射成基底表面上的斑点，并且第二区投射成基底表面上的圆环，该圆环与斑点同轴并且围绕斑点；将原料注入气束柱内并且调节注射参数，以控制原料进入气束柱内的深度，使得最优原料被夹带于束的第一区内，而次优原料被夹带于束的第二区内；将液体注入气束柱内并且调节注射参数，以控制液体进入气束柱内的深度，使得液体基本上被夹带于束的第二区内，液体降低被夹带于束的第二区内的原料的次优部分的温度，并且该温度下降足以降低或者防止次优原料粘附在基底表面上；将液体注入气束柱内并且调节注射参数，以控制液体进入气束柱内的深度，使得液体基本上被夹带于束的第二区内，使得液体撞击基底，从而去除位于基底上和嵌入于所述基底的碎屑；以及通过利用气束柱在第一区以基本上在投射成表面上的斑点沉积的原料，在基底表面上形成涂层，因此，涂层基本上由在最优温度和速度状况下沉积的原料构成。

在本发明的另一个方案中，一种适配成在基底表面上形成涂层的热喷涂装置，该热喷涂装置包括：热气源；喷嘴，该喷嘴用于将热气成形为与喷嘴同轴的气束柱，该柱适配成投射成基底表面上的斑点；多个注射器，该多个注射器包含：至少一个注射器，其被安置以将原料注入气束柱内；以及至少一个注射器，其被安置以将液体注入气束柱内；注射器，构造该注射器，以建立原料分布，其中原料分布的第一部分是最优的，而原料分布的其余部分是次优的，第一部分和其余部分在气束柱内限定两个体积区，这两个体积区包含：第一区，该第一区环绕柱的轴线；以及第二区，该第二区围绕第一区并且与第一区同轴，第一区投射成基底表面上的斑点，并且第二区投射成基底表面上的圆环，圆环与斑点同轴并且围绕斑点；以及控制器和阀，该控制器和阀连接到注射器中的至少一个，用于将原料注入气束柱内并且用于调节注射参数，以控制原料进入气束柱内的深度，使得最优原料被夹带于束的第一区内，而次优原料被夹带于束的第二区内。该控制器和阀连接到注射器中的至少一个，用于将液体注入气束柱内并且用于调节注射参数，以控制液体进入气束柱内的深度，使得液体基本上被夹带于束的第二区内，液体降低被夹带于束的第二区内的原料的次优部分的温度，并且该温度下降足以降低或者防止次优原料粘附在基底表面上。

在较狭窄的形式中，装置的控制器和阀构造成通过利用气束柱的第一区基本上在投射成表面上的斑点开始沉积原料，在基底表面上形成涂层，其中该涂层基本上由在最优温度和速度状况下沉积的原料构成。

本技术领域内的技术人员通过参考下面的说明、权利要求和附图将进一步明白和理解本发明的这些以及其他特征、优点和目的。

附图说明

图1－1a是示出提供从喷嘴延伸到基底表面的热气柱的传统热喷涂流程的概括图解表示的侧视图和端视图，在气柱投射成基底表面上的斑点，涂层沉积于基底表面上。

图2－2a是示出热喷涂方法的优选实施例中的步骤的侧视图和端视图，其中两个体积同心区限定于气柱内，较热并且较快的第一区15包围气柱的轴线5，而较冷并且较慢的第二区16环绕区15。

图2b是示出粒径与数量关系的曲线。

图3－3a是示出热喷涂系统和方法的优选实施例中的一个步骤的侧视图和端视图，其中在最优原料粒子被夹带在区15中并且次优粒子被夹带在区16的上部的情况下，通过注射器19注射原料。还示出液体注射器21，该液体注射器21用于注射液体，从而基本上被夹带于第二区16的上部内。

图4－4a是示出热喷涂系统和方法的优选实施例中的另一个步骤的侧视图和端视图，其中在最优粒子被夹带于区15中并且次优粒子被夹带于区16的上部和下部内的情况下，通过注射器19注射原料。还示出两个对置的液体注射器21和31；注射器分别用于注射液体，从而基本上被夹带于区16的上部和下部内。

图5－5a是示出热喷涂系统和方法的优选实施例中的另一个步骤的侧视图和端视图，其中在最优粒子被夹带于区15内并且次优粒子被夹带于区16的上部和下部内的情况下，通过对置的注射器19和25注射原料。还示出两个对置液体注射器21和31；这些注射器用于注射液体从而基本上被夹带于区16的上部和下部内。

图6示出喷嘴3的前视原理图，其中多个原料注射器19和25以及多个液体注射器21和31围绕轴线5排列。

图7－7a是示出该方法的优选实施例的侧视图和端视图，其中沉积涂层并且利用本发明描述的方法的替换步骤清洁基底表面。

具体实施方式

提供了一种用于在空中连续减少次优原料沉积并且在原地从基底和涂层去除诸如较小粘附性原料和表面制剂的粗砂颗粒的热喷涂装置、系统和方法。该装置(图2－2a)包含热气发生器2和喷嘴3，热气发生器2和喷嘴3用于产生高温气柱4，该高温气柱4投射成基底表面6上的斑点。在本发明的说明性实施例中，热气柱性质、涂层性能要求和原料特性结合在一起限定最优原料粒度范围；因此，将该范围外的任何粒径划分为次优的或者不理想的。如上所述，仅由最优粒度内的粒子构成的原料粒度布型是不切实际的。实际上，最有效的情况是使原料粒径布型在最优粒度范围内，如图2b的原理图所示。因此，在气柱4内，每种类型的原料粒子的所在地限定两个体积区：区15和区16。

区15围绕轴线5并且在中心斑点17内投射于基底表面6上。该区的特征在于最优原料粒子的所在地，意味着区15内产生的粒子温度和速度状况在表面6上产生最优涂层。

区16围绕区15，并且在围绕中心斑点17的环形区18内，投射于基底表面6上。区16的特征在于次优原料粒子的所在地；因此，区16内产生的粒子温度和速度状况不足以在表面6上产生最优涂层。因此，通过沉积次优粒子形成区18。

图3－3a示出实施例，其中系统包括：第一注射器19，该第一注射器19将原料20注入气柱中；以及第二注射器21，该第二注射器21用于将液体22注入气柱中，其中所示的第二注射器安置于第一注射器的下游并且与第一注射器相邻。关于该实施例，原料粒径布型被扭曲，其仅由最优粒度范围内的或者更小的粒子构成。结果，注射器19的大小和原料注射的速度使得最优原料粒子23进入区15内，而次优原料粒子25约束于区16的上部。被夹带在区15中的最优原料粒子23有效传递来自热气束的热量和动量，以撞击基底表面6，并且形成最优质量涂层24，该最优质量涂层24约束于斑点17。通过调节注射器21的大小和液体注射的速度，被夹带于区16的上部中的次优原料粒子25由主要被夹带于区16的上部内的液体22冷却。如图3所示，液体22产生的冷却能够将次优原料粒子的熔融程度降低到防止激冷片形成的温度点，使得冷却的次优原料粒子27撞击表面6并且弹回，而不粘附和形成涂层。因此，液体22和冷却的次优原料粒子27能够撞击表面6并且用作磨削介质，在斑点17发生运动并且形成涂层24之前，去除由表面碎屑26表示的弱粘附的原料和砂粒。此外，液体22和作为表面6上的磨削介质的冷却次优原料粒子27可以移去诸如砂粒28的嵌入于表面的碎屑，从表面去除其并且防止其积留在涂层中。此外，热气束的加热和入射液体的冷却有可能分别导致表面6和弱粘附/嵌入的碎屑粒子26和28膨胀和收缩，在某程度上有助于从表面去除这些碎屑粒子。如果要求增强磨削流程，则液体22可以含有诸如氧化硅或者氧化铝的细磨削颗粒的悬浮物。细颗粒会被夹带于区16的上部中，在此处会被加速到达表面6，而不达到在撞击时粘附到表面6所需的熔融速度或者程度。因此，这些细颗粒有助去除碎屑26和28。

图4－4a示出原料粒径布型是高斯分布并且含有低于和高于最优粒度范围的粒子的实施例。在这种情况下，比利用原料束20注射的最优粒子29大的粒子将穿过区15，并且被夹带于区16的下部中。因为这些粒子29未在区16中收到足够的热量和动量，所以其形成由表面碎屑30表示的次优沉积，这是于斑点17发生运动并且形成涂层24之后发生。如上参考图3所述，比最优原料颗粒25小的没有足够的动量进入区15。因此，次优原料粒子25被夹带于区16中，在区16中，在撞击表面6时，其未收到足以形成最优涂层24的热量和动量，因此，代之以次优原料粒子25添加到表面碎屑26。通过引入对置液体注射器21和31，如图4的优选实施例所示，解决与表面碎屑26和30关联的不利情况。调节注射器31的大小和注射速度，使得夹带液体32基本上发生于区16的下部内。然后，一些粒子29由液体32冷却，以不足以粘附到基底的熔融程度撞击基底；这些冷却的次优原料粒子33撞击表面6并且弹回，而不粘附和形成涂层。因此，液体32和次优原料粒子33能够撞击表面6并且用作磨削介质，去除区18在斑点17发生运动并且形成涂层24后的部分内的弱粘附的表面碎屑30。这种清洁机制还可以从表面6去除诸如砂粒34的嵌入的碎屑。此外，热气束的加热和入射液体的冷却可能分别使表面6以及弱粘附/嵌入的碎屑粒子30和34膨胀和收缩，在某程度上有助于从表面去除这些碎屑粒子。

关于区16的上部，操作机制与上面参考图3描述的相同。液体22冷却区16内的次优原料粒子25降低撞击时对表面6的粘附。如图4所示，一些冷却次优原料粒子27撞击表面6并且弹回，而根本不粘附。因此，液体22和次优原料粒子27能够撞击表面6并且用作磨削介质，在斑点17发生运动和形成涂层24之前，去除表面碎屑26表示的弱粘附的原料和砂粒。此外，液体22和在表面6上用作磨削介质的次优原料粒子27可以移除诸如砂粒28的嵌入于表面的碎屑，从表面上去除其并且防止其夹杂在涂层内。此外，热气束加热和入射液体冷却可能分别使表面6和弱粘附/嵌入的碎屑粒子26和28膨胀和收缩，在某程度上有助于从表面去除这些碎屑粒子。

当增加产量要求注射较大量的原料时，可分布多个围绕气束的轴线5的原料注射器。附图中的图5示出图4所示系统的另一个优选实施例，其中附加原料注射器35与原料注射器19对置布置。该注射和去除次优颗粒和表面碎屑的机制是对图3和图4所示实施例描述的机制的反映。

在本发明的另一个实施例中，附图中的图6示出喷嘴3的前视原理图，该喷嘴3具有围绕轴线5排列的多个原料注射器19和35和多个液体注射器21和31。

于热喷涂系统中引入本发明的另一个优选实施例示意地示于附图中的图7中。示出从喷嘴3延伸到基底表面6的气束柱，该柱具有围绕轴线5的限定芯区15。示出具有流量控制阀37的原料注射器19。类似地，示出具有流量控制阀38的液体注射器21。每注射器中的一个示于图7中；然而，可以仅引入一个连接到两个控制阀37和38的注射器，也可以采用多个围绕轴线5排列的注射器，如上参考图6所述。关于图7所示的实施例，在第一步，热喷涂系统平行于箭头8相对于表面6移动，从而以上面参考图1、3、4或者5描述的方式沉积一层或者多层涂层11或者24。在第二步，原料流由阀37停止，并且利用阀38调节液体速度，使得液体基本上被夹带于气束的区15内。在第三步，热喷涂系统以箭头8和/或者箭头39的(各)方向相对于平面6移动，以根据上面参考图3、4或者5描述的方法，清洁表面6和涂层11或者24上的碎屑粒子26和28。在第四步，控制阀37打开，并且调节原料流量和液体流量，以以上面参考图1、3、4或者5描述的方式沉积一层或者多层涂层11或者24。

应当明白，能够对上述结构进行变型和修改，而不脱离本发明的原理，并且还应当明白，这些原理旨在由下面的权利要求涵盖，除非这些权利要求的语言另有明确说明。

Claims (14)

1.一种用于在基底表面上形成涂层的结合方法，包括：

提供热气源和喷嘴，所述喷嘴用于将热气成形为与所述喷嘴同轴的气束柱，所述柱在所述基底表面上投射成一斑点，并且提供一个或者多个注射器，以用于将原料注入所述气束柱内并且用于将液体注入所述气束柱内；

建立原料分布并且将所述原料分布的一部分确定为最优，而将所述原料分布的其余部分确定为次优；

在所述气束柱内确定两个体积区，所述两个体积区包含：一个第一区，所述第一区环绕所述柱的轴线；以及第二区，所述第二区围绕所述第一区并且与所述第一区同轴，所述第一区于所述基底表面上投射成一斑点，并且所述第二区于所述基底表面上投射成一圆环，所述圆环与所述斑点同轴并且围绕所述斑点；

将原料注入所述气束柱内并且调节注射参数，以控制原料进入所述气束柱内的深度，使得所述最优原料被夹带于所述束的第一区内，而所述次优原料被夹带于所述束的第二区内；

将液体注入所述气束柱内并且调节注射参数，以控制液体进入所述气束柱内的深度，使得所述液体基本上被夹带于所述束的第二区内，所述液体降低被夹带于所述束的第二区内的原料的次优部分的温度，并且所述温度下降足以降低或者防止所述次优原料粘附在所述基底表面上；

将液体注入所述气束柱内并且调节注射参数，以控制液体进入气束柱内的深度，使得所述液体基本上被夹带于所述束的第二区内，使得所述液体撞击所述基底，从而去除位于基底上的和嵌入于基底的碎屑；以及

利用所述气束柱在第一区以基本上投射于所述表面上的斑点内沉积的原料，在所述基底表面上形成涂层，因此，所述涂层基本上由在最优温度和速度状况下沉积的原料构成。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：使所述原料流停止；调节液体压力和速度，以进入所述气束柱的第一区；以及为了去除碎屑，使所述柱移至所述涂层上和与所述涂层相邻的表面上的其中之一或者二者。

3.根据权利要求1和2中的任何一项所述的方法，其中所述热气源是燃烧室。

4.根据权利要求1－3中的任何一项所述的方法，其中所述热气源是等离子管。

5.根据权利要求1和2中的任何一项所述的方法，其中所述原料是粉末形式的。

6.根据权利要求1和2中的任何一项所述的方法，其中所述原料是稀浆，其包括含有涂层材料的悬浮细粒子的液体。

7.根据权利要求3所述的方法，其中所述原料是粉末形式的。

8.根据权利要求3所述的方法，其中所述原料是稀浆形式的，其包括含有涂层材料的悬浮细粒子的液体。

9.根据权利要求4所述的方法，其中所述原料是粉末形式的。

10.根据权利要求4所述的方法，其中所述原料是稀浆形式的，其包括含有涂层材料的悬浮细粒子的液体。

11.根据权利要求1－10中的任何一项所述的方法，其中所述液体是水。

12.根据权利要求1－11中的任何一项所述的方法，其中所述液体含有悬浮细磨削颗粒并且调节状况，诸如不使所述磨削颗粒粘附。

13.一种用于在基底表面上形成涂层的热喷涂装置，包括：

热气源；

喷嘴，所述喷嘴用于将热气成形为与所述喷嘴同轴的气束柱，将所述柱适配成于所述基底表面上投射成为一斑点；

多个注射器，包含：至少一个注射器，其被安置以将原料注入所述气束柱内；以及至少一个注射器，其被安置以将液体注入所述气束柱内；构造所述注射器，以建立原料分布，其中所述原料分布的第一部分是最优的，而所述原料分布的其余部分是次优的；所述第一部分和其余部分在所述气束柱内限定两个体积区，所述两个体积区包含：第一区，所述第一区环绕所述柱的轴线；以及第二区，所述第二区围绕所述第一区并且与所述第一区同轴，所述第一区于所述基底表面上投射成一斑点，并且所述第二区于所述基底表面上投射成一圆环斑点，所述圆环斑点与所述斑点同轴并且围绕所述斑点；

控制器和阀，所述控制器和阀连接到所述注射器中的至少一个，用于将所述原料注入所述气束柱内并且用于调节注射参数，以控制原料进入所述气束柱内的深度；

所述控制器和阀还连接到所述注射器中的至少一个，用于将液体注入所述气束柱内并且用于调节注射参数，以控制液体进入所述气束柱内的深度，使得所述液体基本上被夹带于所述束的第二区内，所述液体降低被夹带于所述束的第二区内的原料的次优部分的温度，并且所述温度下降足以降低或者防止所述次优原料粘附在基底表面上；

通过利用所述气束柱在第一区以基本上投射于所述表面上的斑点内沉积的原料，所述装置能够在所述基底表面上形成涂层，其中所述涂层基本上由在最优温度和速度状况下沉积的所述原料构成。

14.根据权利要求13所述的热喷涂装置，其中对所述控制器和阀编程，以使所述最优原料夹带于所述束的第一区内，而所述次优原料被夹带于所述束的第二区内。