金属热喷涂是利用某种形式的热源将金属喷涂材料加热，使之形成熔融状态的微粒，这些微粒在动力的作用下，以一定的速度冲击并沉附在基体表面上，形成具有一定特性的金属涂层。水工钢结构件等基体材料的表面，经过热喷涂技术处理，得到了耐腐蚀、耐磨蚀的金属保护涂层，从而增强水工钢结构件耐腐、耐磨的性能。
可用于金属喷涂的材料较多如锌、不锈钢等。其中不锈钢涂层具有耐磨损及保护周期长等特点；锌涂层不仅具有覆盖、耐腐蚀作用，更重要的是具有阴极保护功能（原电池原理）。它们是水工钢结构防腐喷涂的重要材料，因此得到广泛应用。
随着国家南水北调工程的实施，水工钢结构的使用将会迅速增加，研究开发一种新型的水工钢结构防腐技术，对降低工程造价、延长工程寿命十分重要。为此，将上述两种金属涂层各有的优势互补，在同一工件基体上叠加喷涂，先用锌涂层作为底层，再用不锈钢涂层作为面层，最终形成阶梯涂层，运用到水工钢结构中，经过大量研究与试验获得了既经济、又满意的防腐效果。
一、热喷涂金属阶梯涂层工艺流程
1．钢结构表面处理：热喷涂金属阶梯涂层防腐工艺的除锈打糙和喷锌、喷不锈钢涂层一样，首先由空压机提供喷砂动力。在压缩空气的作用下，将经过筛选的带有棱角的石英砂经过砂桶、胶管砂气混合后，高速冲击工件表面，除去了基体表面的锈等氧化物达到使基体表面凹凸不平的目的。
2．热喷涂锌：主要设备有：压缩空气系统，氧气、乙炔系统，金属气喷枪及胶管等设备。其原理是：以喷枪中的压缩空气为原动力，在驱动装置推动下，锌丝通过喷嘴，在氧－乙炔焰的加热下，成为熔融体，借压缩空气使之雾化成微粒并喷射到工件上，形成热喷涂锌保护层。由于喷砂后的基体表面凹凸不平散热收缩后的金属涂层能牢固地附在工件表面。
3．喷涂不锈钢：主要设备同喷锌，但金属气喷枪应选用中速枪，一般在高速枪基础上改进，更换部分零配件即可使用。工作原理同上，只是锌、不锈钢两者熔点不同，故应调整好氧－乙炔焰的用量。
4．涂装环氧云铁，封闭底漆，涂装AC－5氯化橡胶铝粉面漆。涂装方法：采用手工刷涂结合空气喷涂方法。要求无刷痕、无起泡、无流挂、无漏喷，外观呈银灰色，整洁，匀称一致。
二、应用
2002年4月，江苏省三河闸钢结构防腐公司在国家重点工程淮河入海水道滨海枢纽立交地涵水工钢结构防腐中应用了该技术。
1．选材
根据设计要求，锌丝使用的是上海生产的3mm，纯度为99.99％，熔点为420℃。外观色鲜亮，圆度匀，表面无毛刺，无划痕，无氧化皮。塑料纸、布条双层外包装完好。
不锈钢丝使用的是上海生产的2mm的铁素体不锈钢丝。其主要成分是：铬（Cr）含量18％，镍（Ni）9.0％，锰（Mn）1.25％，熔点为12000℃。外观无划痕、毛刺、无氧化皮、外包装完好。
2．主要技术控制
（１）金属气喷枪：喷锌选用高速枪，喷枪嘴为3.2mm，空气帽用6.5mm，喷不锈钢时选用中速枪，喷枪嘴为2.2，空气帽为6.0mm，应更换蜗轮蜗杆。
（２）氧气压力和乙炔压力调整：因锌与不锈钢熔点不同，喷涂时氧—乙炔用量应作相应调整，喷锌时氧气压力为5～6kg/cm2，乙炔压力为0.8～1.2kg/cm2，火焰调整为中性或偏碳化，使锌丝在喷枪口被火焰熔融形成锥形雾束喷射到闸门上；喷不锈钢时氧气压力6～8kg/cm2，乙炔压力1.4～1.5kg/cm2，使不锈钢丝在喷枪口被氧—乙炔火焰熔化后，形成锥形微粒束，喷射到钢闸门上。
（３）进丝速度控制：由于锌丝熔点较低，使用高速喷枪，进丝速度调整为3～4m/min；不锈钢丝熔点较高，使用中速喷枪，进丝速度调整为2～3m/min。
（４）喷射距离与角度掌握：这两个参数直接影响喷涂质量紧密度，经过对比，喷锌距离取15～20cm，喷不锈钢距离取20～30cm；喷锌在平面部位角度取10°～30°，在一些困难的地方也可以放到40°。喷不锈钢取10°～20°，这样就避免了因角度过大而导致喷涂层结构松散、脱落现象的发生。
3．喷涂效果
阶梯涂层底层——锌层颗粒较细，涂层均匀，孔隙小，密实性好，锌层厚度达到设计要求，由于锌层的厚度仅为原来的一半，附着力强，不锈钢涂层覆盖其上，呈灰黑色，颗粒较粗，孔隙大，但坚硬、耐磨，因叠加喷涂厚度仅是原来的一半，故附着力也好，对锌层有很好的保护作用，再采用环氧云铁涂料封闭，用氯化橡胶铝粉漆作面漆，防水、防渗性能好。经水利部上海勘测设计院和江苏省质量检测中心对各道工序分别检测，热喷涂金属阶梯涂层质量优良，满足设计要求。
三、与常用喷涂技术的对比及试验
1．质量对比
（1）喷锌
三河闸钢结构防腐公司自1975年成立以来，其钢结构喷锌防腐工艺多次获奖，长期在长江葛洲坝、甘肃碧口电站、塞内加尔国家体育中心等数十个国内外重大工程承接钢结构喷锌防腐工程，几十年成功的施工经验证明水工钢结构喷锌防腐工艺的保护周期为15年左右，它的优点是防腐性能可靠稳定，效果良好，防渗透性强，缺点是表面硬度较差，耐磨性不足，抗破坏性弱。
（2）喷涂不锈钢
根据国内外有关资料显示，不锈钢的喷涂层保护周期为45年左右，其优点是硬度高，耐磨性好，强度大，抗破坏性良好，缺点是喷涂防腐效果较差、易锈蚀、无阴极保护功能，表面粗糙、渗水性强，覆盖密实性差 , 易剥落。
（3）热喷涂金属阶梯涂层
该工艺是逐步发展起来的防腐新技术，但在水下水工钢结构防腐中尚未被广泛应用，为检验这种新技术的防腐效果，做了一个试验：
将采用喷锌（A）板、喷不锈钢（B）板和金属阶梯涂层防腐的（C）板三块钢结构试板（A板喷锌厚度160μm，B板喷不锈钢厚度160μm、C板喷锌厚度80μm、喷不锈钢厚度亦80μm）同时浸入水中，数天后取出。
结果，A板表面基本无变化，用小锤轻轻击打，锌层受撞击、摩擦变形、移位，表面受击部位裸露。
B板表面基本锈蚀，锈水从不锈钢表层的粗糙裂缝中渗出（因其未磨光，在水工钢结构防腐中不可能磨光，否则不但施工困难且造价将数倍上涨），用小锤轻轻击打不锈钢表层，受击部分锈斑剥落，可见该工艺由于涂层孔隙大，透水性强，钢结构表面仍与水接触而锈蚀，故无法满足水工钢结构水下防腐的需要。
C板表面，完好如初，无锈蚀，用小锤轻轻击打不锈钢表层无磨损、剥落，不变形。由此可见，热喷涂金属阶梯涂层防腐效果良好。
2．经济效益对比（表1）
单独选用喷涂不锈钢工艺防腐，初始投资成本较之选用喷锌高，其不锈钢涂层坚硬、耐摩擦，保护周期可达45年之久，但对水工钢结构水下工程防腐并不适用。
单独选用喷锌工艺防腐，虽然初始投资较之比选用不锈钢和热喷涂金属阶梯涂层防腐工艺低，但锌层耐磨性能差，保护周期仅15年，特别是闸门水线附近等一些经常受摩擦、冲刷部位，锌层保护周期将更短，45年需重复喷涂3次以上，工程寿命周期成本随之增高。
热喷涂金属阶梯涂层防腐技术，涂层耐磨损，外观整洁，覆盖均匀、密实，保护周期长，防腐性能好，抗破坏性强，不需组织二次施工，显著降低了工程寿命周期成本。是首选的水工钢结构防腐技术。
我国江河湖泊众多，海岸线较长、水利工程较多，同时南水北调等工程亦将修建大量的水工建筑物，水工钢结构防腐工作面广量大。水工钢闸门各部分运行过程中，在水上、水下、水线受腐蚀与破坏程度均不一样，磨损程度不一，闸门滚轮、轨道等埋件受滚轮摩擦，保护层极易损坏。热喷涂金属阶梯涂层防腐技术经济、实用，又能达到预期的效果，故应大力推广使用。
