Випуски $\rightarrow$ Том 27, випуск 2 (2026)

Сучасний стан технології газополуменевого напорошення композитних покриттів у світовій практиці

КУЛІКОВ В.Ю., ІСАГУЛОВ А.З., ЖАРКЕВІЧ О.М., САПІЯНОВА А.М.

Карагандинський технічний університет імені Абилкаса Сагінова, просп. Н. Назарбаєва, 56, Караганда, Казахстан

Отримано / остаточна версія: 10.02.2026 / 04.06.2026 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
В огляді представлено систематичний аналіз останніх досліджень (2019–2025 рр.), присвячених газополуменевому напорошенню композитних покриттів, з акцентом на фізичні механізми, що лежать в основі формування структури та експлуатаційних властивостей. Газополуменеве напорошення розглядається як складний мультифізичний процес, що включає в себе взаємопов’язаний тепло- і масообмін, газодинаміку, фазові перетворення і механічну деформацію частинок при їх взаємодії з підкладкою. Аналіз показує, що фізичний стан частинок, а саме температура, швидкість і ступінь топлення, відіграє вирішальну роль в утворенні бризок, розвитку міжшарових меж і зміні пористості, які в сукупності визначають мікроструктуру покриттів, одержуваних методом полуменевого напорошення. Показано, що мікроструктура виступає в якості ключової сполучної ланки між технологічними параметрами і макроскопічними властивостями, включаючи адгезійну міцність, механічні та трибологічні характеристики, демпфувальну здатність і втомну довговічність. Особлива увага приділяється функціональній ролі міжшарових меж і пір, які, крім того, що є структурними дефектами, слугують основними джерелами внутрішнього тертя і розсіювання механічної енергії при циклічному і динамічному навантаженні. В огляді підкреслюються неминучі компроміси між твердістю, зносостійкістю, надійністю зчеплення, залишковими напругами і демпфувальними властивостями, що підкреслює необхідність фізично обґрунтованого компромісного підходу до проєктування. Перспективи подальшого розвитку технології газополуменевого напорошення обговорюються в контексті діагностики на місці, чисельного моделювання, багатомасштабного аналізу та управління процесами на основі фізичних даних. Ці підходи уможливлюють перехід від емпіричного вибору параметрів до прогнозованого проєктування композитних і багатошарових покриттів з індивідуальними і відтворюваними властивостями, розширюючи область застосування покриттів, що наносяться методом полуменевого напорошення, в сучасних інженерних системах з точки зору фізичної науки.

Ключові слова: газополуменеве напорошення, композиційні покриття, формування мікроструктури, теплофізичні та кінетичні процеси, адгезійна міцність і пористість.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.27.02.***

Citation: V.Yu. Kulikov, A.Z. Issagulov, O.M. Zharkevich, and A.M. Sapiyanova, State-of-the-Art of the Flame-Spraying Technology for Composite Coatings in Global Practice, Progress in Physics of Metals, 27, No. 2: ***–*** (2026)

Цитована література   
  1. D. Tejero-Martin, Rad M. Rezvani, A. McDonald, and T. Hussain, Beyond traditional coatings: A review on thermal sprayed functional and smart coatings, Journal of Thermal Spray Technology, 28: 598–644 (2019); https://doi.org/10.1007/s11666-019-00857-1
  2. S. Saber-Samandari and C.C. Berndt, Thermal spray coatings — A technology review, International Heat Treatment and Surface Engineering, 4, No 1: 7–13 (2010); https://doi.org/10.1179/174951410X12572442577381
  3. V. Lakkannavar, K.B. Yogesha, C.D. Prasad, R.K. Phanden, G. Srinivasa, and S.C. Prasad, Thermal spray coatings on high-temperature oxidation and corrosion applications — A comprehensive review, Results in Surfaces and Interfaces, 16: 100250 (2024); https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2024.100250
  4. A.D. Pogrebnyak, Yu.N. Tyurin, A.G. Boyko, M.L. Zhadkevich, M.K. Kalyshkanov, and Sh.M. Ruzimov, Electrolytic-plasma treatment and coating deposition on metals and alloys, Progress in Physics of Metals, 6, No. 4: 273–344 (2005); https://doi.org/10.15407/ufm.06.04.273
  5. H. Assadi, H. Kreye, F. Gärtner, and T. Klassen, Cold spraying - A materials perspective, Acta Materialia, 116: 382–407 (2016); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.06.034
  6. R.S. Lima and B.R. Marple, Thermal spray coatings engineered from nanostructured materials, Journal of Thermal Spray Technology, 16: 40–63 (2007); https://doi.org/10.1007/s11666-006-9010-7
  7. E. Sadeghi, N. Markocsan, and S. Joshi, Advances in corrosion-resistant thermal spray coatings for renewable energy power plants. Part I: Effect of composition and microstructure, Journal of Thermal Spray Technology, 28: 1749–1788 (2019); https://doi.org/10.1007/s11666-019-00938-1
  8. S. Mariappan, N. Radhika, and B. Saleh, Duplex and composite coatings: a thematic review on thermal spray techniques and applications, Metals and Materials International, 29: 1229–1297 (2022); https://doi.org/10.1007/s12540-022-01302-9
  9. X. Wang, W. Zhao, T. Shi, L. Cheng, S. Hu, C. Zhou, L. Cui, N. Li, and P.K. Liaw, A Review on tribological wear and corrosion resistance of surface coatings on steel substrates, Coatings, 15, No. 11: 1314 (2025); https://doi.org/10.3390/coatings15111314
  10. S.T. Vagge and S. Ghogare, Thermal barrier coatings: Review, Materials Today Proceedings, 56, No. 3: 1201–1216 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.170
  11. L. Ropyak, T. Shihab, A. Velychkovych, O. Dubei, T. Tutko, and V. Bilinskyi, Design of a two-layer Al–Al2O3 coating with an oxide layer formed by the plasma electrolytic oxidation of Al for the corrosion and wear protection of steel, Progress in Physics of Metals, 24, No. 2: 319–365 (2023); https://doi.org/10.15407/ufm.24.02.319
  12. S. Chandra and P. Fauchais, Formation of solid splats during thermal spray deposition, Journal of Thermal Spray Technology, 18, No. 2: 148–180 (2009); https://doi.org/10.1007/s11666-009-9294-5
  13. G. Mauer and C. Moreau, Process diagnostics and control in thermal spray, Journal of Thermal Spray Technology, 31: 818–828 (2022); https://doi.org/10.1007/s11666-022-01341-z
  14. B. Rakhadilov, Y. Molbossynov, N. Magazov, D. Kakimzhanov, and A. Kengesbekov, Influence of spraying process parameters on the characteristics of steel coatings produced by arc spraying method, Coatings, 14, No. 9: 1145 (2024); https://doi.org/10.3390/coatings14091145
  15. M. Saremi and Z. Valefi, The effects of spray parameters on the microstructure and thermal stability of thermal barrier coatings formed by solution precursor flame spray (SPFS), Surface and Coatings Technology, 220: 44–51 (2013); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.08.019
  16. M.R. Mrdak, Transfer of heat and speed of plasma particles to powder particles in the plasma spray process at atmospheric pressure, Vojnotehnički Glasnik, 66, No. 2: 415–430 (2018); https://doi.org/10.5937/vojtehg66-12942
  17. Y. Li, X.F. Wang, S. Yin, and S.L. Xu, Influence of particle initial temperature on high velocity impact process in cold spraying, Procedia Environmental Sciences, 12: 298–304 (2012); https://doi.org/10.1016/j.proenv.2012.01.281
  18. J. Fiebig, J.P. Gagnon, G. Mauer, E. Bakan, and R. Vaßen, In-flight measurements of particle temperature and velocity with a high-speed IR camera during cold gas spraying of In718 and TiAlCrNb, Journal of Thermal Spray Technology, 31: 2013–2024 (2022); https://doi.org/10.1007/s11666-022-01426-9
  19. K. Bobzin, W. Wietheger, M.A. Knoch, and S.R. Dokhanchi, Estimation of particle mass flow rate in free jet using in-flight particle diagnostics in plasma spraying, Journal of Thermal Spray Technology, 29: 921–931 (2020); https://doi.org/10.1007/s11666-020-01027-4
  20. G. Mauer and E.J. Gildersleeve, Using optical emission spectroscopy in atmospheric conditions to track the inflight reduction of plasma sprayed TiO₂−x feedstock for thermoelectric applications, Scientific Reports, 14, No. 1: 554: 1–15 (2024); https://doi.org/10.1038/s41598-023-50592-5
  21. W. Wan, W. Li, D. Wu, Z. Zhang, and B. Ning, 3D analysis of gas flow behavior and particle acceleration characteristics in cold spray additive manufacturing based on non-axisymmetric numerical models, Journal of Thermal Spray Technology, 29: 1335–1349 (2024); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.01.204
  22. R. Horr, R. Rebhi, F. Didi, M. Kezrane, A. Alghamdi, Y.T. Zewdie, E. Ali, and S.S.M. Ghoneim, Numerical simulation of dynamic and thermal behavior of plasma jet interacting with substrate, Results in Engineering, 27: 106125 (2025); https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.106125
  23. S. Datta, D.K. Pratihar, and P.P. Bandyopadhyay, Modeling of plasma spray coating process using statistical regression analysis, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 65, Nos. 5–8: 967–980 (2013); https://doi.org/10.1007/s00170-012-4232-y
  24. A. Fardan, C.C. Berndt and R. Ahmed, Numerical modelling of particle impact and residual stresses in cold sprayed coatings: A review, Surface and Coatings Technology, 409: 126835 (2021); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.126835
  25. K. Bobzin, W. Wietheger, H. Heinemann, and F. Wolf, Simulation of thermally sprayed coating properties considering the splat boundaries, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1147: 012026 (2021); https://doi.org/10.1088/1757-899X/1147/1/012026
  26. S. Sampath and X. Jiang, Splat formation and microstructure development during plasma spraying: deposition temperature effects, Materials Science and Engineering: A, 304–306: 144–150 (2011); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01464-7
  27. S.W. Yao, J.J. Tian, C.J. Li, and G.J. Yang, Understanding the formation of limited interlamellar bonding in plasma sprayed ceramic coatings based on the concept of intrinsic bonding temperature, Journal of Thermal Spray Technology, 25: 1617–1630 (2016); https://doi.org/10.1007/s11666-016-0464-y
  28. G. Odhiambo, W. Li, Y. Zhao, and C. Li, Porosity and its significance in plasma-sprayed coatings, Coatings, 9, No. 7: 460 (2019); https://doi.org/10.3390/coatings9070460
  29. W. Tillmann, O. Khalil, and M. Abdulgader, Porosity Characterization and its effect on thermal properties of aps-sprayed alumina coatings, Coatings, 9, No. 10: 601 (2019); https://doi.org/10.3390/coatings9100601
  30. C.R.C. Lima, G. Clavé, V. Crespo, J. Nin, and S. Dosta, Microstructure evolution and oxidation behavior of thermal barrier coating systems with various cold-sprayed bond coats during isothermal high-temperature oxidation tests, Journal of Thermal Spray Technology, 35: 170–182 (2026); https://doi.org/10.1007/s11666-025-02120-2
  31. D. Chicot, H. Ageorges, M. Voda, G. Louis, M.A. Ben Dhia, C.C. Palacio, and S. Kossman, Hardness of thermal sprayed coatings: Relevance of the scale of measurement, Surface and Coatings Technology, 268: 173–179 (2015); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.04.043
  32. P.M. Araujo, D. Chicot, M.H. Staia, and J. Lesage, Residual stresses and adhesion of thermal spray coatings, Surface Engineering, 21, No. 1: 35–40 (2005); https://doi.org/10.1179/174329405X30020
  33. S. Kumar, G. Bae, and C. Lee, Influence of substrate roughness on bonding mechanism in cold spray, Surface and Coatings Technology, 304, No. 2: 592–605 (2016); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.07.082
  34. R. Khuengpukheiw, A. Wisitsoraat, and C. Saikaew, Wear behaviors of HVOF-sprayed NiSiCrFeB, WC–Co/NiSiCrFeB and WC–Co coatings evaluated using a pin-on-disc tester with C45 steel pins, Wear, 484–485: 203699 (2021); https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203699
  35. I. Abizhanova, A. Kussainov, S. Abdulina, D. Buitkenov, and D. Kakimzhanov, Microstructure and dry-sliding tribology of thermal-spray coatings on Cu for continuous casting molds, Processes, 13, No. 11: 3688 (2025); https://doi.org/10.3390/pr13113688
  36. V. Testa, S. Morelli, G. Bolelli, F. Bosi, P. Puddu, A. Colella, T. Manfredini, and L. Lusvarghi, Corrosion and wear performances of alternative TiC-based thermal spray coatings, Surface and Coatings Technology, 438: 128400 (2022); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128400
  37. A. Vackel and S. Sampath, Fatigue behavior of thermal sprayed WC-CoCr-steel systems: Role of process and deposition parameters, Surface and Coatings Technology, 315: 408–416 (2017); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.062
  38. N.H. Faisal, R. Ahmed, A.K. Prathuru, A. Paradowska, and T.L. Lee, Measuring Residual Strain and Stress in Thermal Spray Coatings Using Neutron Diffractometers, Experimental Mechanics, 62: 369–392 (2022); https://doi.org/10.1007/s11340-021-00803-9
  39. M. Hadad, G. Marot, P. Dmarcaux, D. Chicot, J. Lesage, L. Rohr, and S. Siegmann, Adhesion tests for thermal spray coatings: Correlation of bond strength and interfacial toughness, Surface Engineering, 23, No. 4: 279–283 (2007); https://doi.org/10.1179/174329407X215159
  40. G. Prashar and H. Vasudev, A comprehensive review on the analysis of adhesion strength of cold spray deposits, Results in Surfaces and Interfaces, 16, No. 1: 100263 (2024); https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2024.100263
  41. T.C. Chen, C.C. Chou, H.E. Lin, T.Y. Yung, C.T. Yang, and Y.W. Tsai, Influence of coating microstructure on the corrosion behavior of Inconel 625 coatings fabricated by different thermal spraying processes, Surface and Coatings Technology, 484: 130674 (2024); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130674
  42. M.D. Akhtar, R.M. Singari, and Q. Murtaza, A critical review of mechanical behavior, cavitation, and metallurgical properties of high-velocity oxygen fuel (HVOF) coating on different materials, Journal of Adhesion Science and Technology, 39: 2577–2627 (2025); https://doi.org/10.1080/01694243.2025.2512981
  43. Y. Liu, L. Zhu, G. Ma, Y. Lu, A. Wei, W. Guo, Y. Huang, M. Liu, and H. Wang, Effects of Al2O3 content on the microstructure and performance of Inconel 625-xAl2O3 composite non-skid coatings by plasma enhanced high-velocity arc spraying, Surface and Coatings Technology, 485: 130929 (2024); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130929
  44. L. Hua, J. Cheng, L. Xue, P. Song, and B. Zhang, Microstructure, wear properties and corrosion resistance of thermal sprayed FeCoCrNiBSi high-entropy amorphous coatings, Surface and Coatings Technology, 512: 132341 (2025); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.132341
  45. X. Feng, F. Guo, L. Luo, Y. Wang, Y. Long, X. Zhao, F. Pan, L. Guo, Q. Zeng, J. Feng, and C. Wan, Engineering design of feedstock powder and relevant thermal-mechanical performance of thermal/environmental barrier coatings, Journal of Advanced Ceramics, 14, No. 2: 9221033 (2025); https://doi.org/10.26599/JAC.2025.9221033
  46. Yu. Zhou, J. Kang, M. Liu, G. Ma, Q. Zhang, J. Zhang, Q. Peng, R. Gao and H. Wang, Intelligent thermal spraying: A comprehensive review of innovation driven by AI and machine learning, Materials Today Communications, 49: 113804 (2025); https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2025.113804
  47. D. Kumar, A.K. Ansari, S.K. Singh, R.S. Walia, P. Singh, and Q. Murtaza, Investigating the characterization and damping effects in thermally sprayed Al2O3–40%TiO₂ ceramic coating, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, March 27 (2025); https://doi.org/10.1177/09544089251329708
  48. G. Jin, G. Chen, Z. Zhao, Z. Zhao, L. Liu, and J. Qian, Preparation of a superior damping coating and study on vibration damping properties, SN Applied Sciences, 5, No. 8: 220 (2023); https://doi.org/10.1007/s42452-023-05451-3
  49. A.M. Limarga, T.L. Duong, G. Gregori, and D.R. Clarke, High-temperature vibration damping of thermal barrier coating materials, Surface and Coatings Technology, 202, Nos. 4–7: 693–697 (2007); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2007.07.021
  50. K. Xiao, H. Bai, X. Xue, and Y. Wu, Damping Characteristics of Metal Rubber in the Pipeline Coating System, Shock and Vibration, 7: 1–11 (2018); https://doi.org/10.1155/2018/3974381
  51. G. Gupta, R.K. Tyagi, S.K. Rajput, and R. Maan, Review on thermal spray coating methods and properties of metal-based coatings, Advances in Engineering Materials. Lecture Notes in Mechanical Engineering Advances in Engineering Materials. Select Proceedings of FLAME 2020 (Eds. B.P. Sharma, G.S. Rao, S. Gupta, P. Gupta, and A. Prasad) (Singapore: Springer: 2020), p. 427–439 (2020); https://doi.org/10.1007/978-981-33-6029-7_40
  52. A. Raj, Thermal spray technologies in additive manufacturing: a comprehensive review of techniques and industrial applications, International Journal of Innovations in Science, 4, No. 2: 259–266 (2025); https://doi.org/10.69968/ijisem.2025v4i2259-266
  53. K. Anusha, A review on advancements in warm spraying and related thermal spray methods, Materials Today: Proc. Springer, 5: 233 (2025); https://doi.org/10.1007/s43939-025-00416-2

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,