آهنگران و متالورژهای باستانی به سرعت متوجه شدند که یک نیاز حیاتی برای محصولات آنها، پوشش و سطحی سخت بر روی پایه­ای قوی اما چقرمه می باشد. مثالهایی از این محصولات با چنین خواصی شمشیرها و زره­ها می باشند. به دنبال تکامل صنعت، تقاضای بیشتری برای محصولاتی با سطوح سخت پدید آمد و طیف وسیعی از روشهای سخت­سازی گسترش یافت که عمدتاً بر مبنای واکنش­های گاز- جامد و نفوذ در حالت جامد بودند.
فرایندهای سخت سازی عمدتاً وابسته به زمان و تنها قابل اعمال به مواد خاصی بودند. بنابراین روشهایی پرهزینه و غیر قابل انعطاف بودند. پس تعجب آور نیست که طی قرن اخیر تلاشهای هم جهت زیادی در راستای بهبود روشهای پوشش دهی انجام گردید که موجب پیدایش تکنولوژیی با عنوان مهندسی سطح شد. مهندسی سطح شامل کاربرد تکنولوژی‌‌های سنتی و یا نوین عملیات حرارتی و یا دیگر عملیات سطحی نظیر انواع روش‌های پوشش‌دهی بر روی مواد و قطعات حساس مهندسی به منظور دستیابی به یک ماده مرکب با خواصی است که در هیچ یک از مواد تشکیل دهنده مغز و یا سطح قطعه به تنهایی وجود ندارد. اغلب دیده شده که تکنولوژی‌‌های مختلف سطحی را بر روی قطعات مهندسی از پیش طراحی و ساخته شده اعمال می‌‌کنند.
اصطلاح مهندسی سطح[1] از اوایل دهه ۱۹۸۰ متداول گردید و به عنوان پایه مشخصی که بسیاری از میدان‌های مهندسی، فیزیک و علم

 مواد را در خصوص قطعات صنعتی پوشش می‌‌دهد، در نظر گرفته شد. سطح قطعات صنعتی، مهم‌ترین بخش آنهاست زیرا بسیاری از شکست‌‌ها، از سطح شروع می‌‌شود. لذا، حفاظت و مقاوم‌سازی سطح از مسائل بسیار حساس و تعیین‌کننده کیفیت و عمر قطعات و در نهایت، کارآیی یک واحد تولیدی و بهای تمام شده محصول می‌‌باشد.

انگیزه برای توسعه و گسترش عملیات حرارتی سطحی و مهندسی سطح تا حدودی بر می‌‌گردد به پیشرفت‌‌های سریع و وسیع در تکنولوژی‌‌هایی نظیر لیزر، ‌پرتو الکترونی، ‌عملیات حرارتی شیمیایی، ‌انواع روش‌‌های لایه­نشانی، نوآوری در رابطه با پوشش‌‌های مهندسی و … . علاوه بر این منشأ و مبانی و اصول مهندسی سطح را باید در تکنولوژی‌‌های سنتی عملیات حرارتی سطحی نظیر تبرید سریع به منظور سخت کردن، ‌کربن‌دهی و نیتروژن‌دهی آلیاژ‌های آهن جستجو کرد. ده­ها سال است که طراحان قطعات مهندسی در تمام بخش‌‌های تولیدی صنایع با استفاده از فرایند کنترل شده تبدیل آستنیت به مارتنزیت بطور موضعی بر روی سطح قطعات توانسته‌اند آلیاژ‌های آهنی مرکب تهیه کنند به نحوی که مجموعه ساخته شده بدلیل خواص ویژه و منحصر به فرد آن در هیچ یک از نواحی سطحی و یا حجمی به تنهایی قابل حصول نمی‌باشد.
ظهور تکنولوژی‌‌های نوین سطحی برای اولین بار این فرصت استثنایی را برای مهندسان فراهم کرد که بتوانند قطعات ساخته شده از آلیاژ‌های غیرآهنی و حتی مواد غیرفلزی را نیز تحت عملیات سطحی قرار دهند. بدین ترتیب دامنه کاربرد مهندسی سطح گسترش یافته و نه تنها آلیاژ‌های آهنی بلکه آلیاژ‌های غیرآهنی و حتی در مواردی مواد غیرفلزی و پلیمر‌ها را نیز در برگرفته است.
یکی از دستاوردها در راستای بهبود روشهای پوشش دهی، پیدایش تکنیک­های پاشش حرارتی بود. که شامل پاشش ذرات مایع و یا قسمتی مایع بر روی سطح مورد نظر می باشد. اگر مواد پوشش و شرایط پاشش مناسب باشد، یک رسوب چسبنده به وجود خواهد آمد که منجر به تولید قطعه­ای می­شود که نیازهای شرایط کاری و سرویس را برآورده می­سازد.
 
 
1- 2- خلاصه ای در مورد تاریخچه فرایند
قدمت پاشش حرارتی به سال 1911 برمی گردد. هنگامی که دکتر شوپ[2] آزمایشاتی را انجام داد که در آنها فلزات مذاب توسط جریان گازی، با فشار بالا اتمیزه شده و به سمت سطح مورد نظر هدایت می­شدند. فرایند شوپ شامل بوته­ای بود که حاوی فلز مذاب بود و هوای فشرده داغ به منزله نیروی محرکه­ای بود که باعث ایجاد فشار کافی به منظور خرد کردن فلز مذاب می­شد و یک جت اسپری را بوجود می­آورد. سیستم کاملاً ابتدایی و ناکارآمد بود. در ادامه کار شوپ پیشرفتهایی در این فرآیند بوجود آمد اما معایبی چون محدود بودن آن به فلزاتی با نقطه ذوب پائین، خوردگی شدید فلز مذاب یا عدم امکان ایجاد فرآیند مداوم کافی بودند تا پیشرفتهای بیشتر متوقف شوند [1].
پس از آن شوپ جهت فعالیت های خود را عوض کرد و در سال 1912 اولین وسیله برای پاشش سیمهای فلزی[3] تهیه شد. سیمی به داخل یک شعله سوخت تغذیه می­شود به صورتی که نوک آن ذوب شده و توسط هوای فشرد شده، اتمیزه شده و قطرات حاصل به سمت هدف برای ایجاد پوشش هدایت می­شوند. جدا از پیشرفتهایی در زمینه نازل و طراحی تفنگ و سایر جزئیات، اصول اصلی فرآیندهای کنونی نیز همان اصول فرایند شوپ است. این تکنیک اسپری شعله­ای[4] نامیده می شود و شامل گروه بزرگی از روشهای اسپری حرارتی می شود که در آنها از پودر، سیم یا مفتول استفاده می شود. هنگامی که شوپ در سال 1914 از الکتریسیته برای ذوب ماده اولیه[5] استفاده کرد، مفهوم جدیدی در پاشش حرارتی بیان گردید. پیشرفته­ترین تجهیزاتی که توسط شوپ تولید شد، کاملاً شبیه به اسپری قوسی الکتریکی اکنون بود. در این روش دو سیم رسانا با هم به داخل تفنگ تغذیه می شوند و بین آنها قوسی ایجاد می شود سپس جت هوای فشرده فلز ذوب شده را به سمت زیرلایه هدایت می کند. مشکل اصلی در این تکنیک ها و تجهیزات ابتدایی، ماده اولیه بود. در تمام آنها از موادی با نقطه ذوب پائین استفاده می­­شد و در نتیجه کاربردهای آنها محدود بودند [1].
سالها گذشت و تقاضا برای مواد مقاوم در دمای بالا افزایش یافت تا در دهه 1950، سیستم های جدیدی که باعث تقویت بازار اسپری حرارتی شدند، ظاهر شدند. ابتدا اصلاحاتی در پاشش شعله ای سیم انجام شد و سپس تکنیک پاشش شعله­ای مفتولی برای سرامیک ها که منجر به امکان استفاده از آلومینا و زیرکونیای تثبیت شده بود، بوجود آمد. یکی از توسعه های مهم پاشش پلاسمای اتمسفری[6] در سال 1960 بود [1و2].
تقریباً در سال 1960 بود که جیانینی[7] و همکارانش پاشش پلاسمای اتمسفری را با استفاده از مولد پلاسمای گاردین و لوتز[8] معرفی کردند. مخلوطی از گازهایی چون نیتروژن یا آرگون با هیدروژن یا هلیوم توسط یک قوس الکتریکی یا یک جت پلاسما یونیزه می شود. بالا رفتن دما در اثر منبع پلاسما قادر به ذوب کردن محدوده وسیعی از مواد است و این امر امکان رسوب مواد با نقطه ذوب بالا را فراهم می کند. در ادامه و در اواخر دهه 1970 و اوایل 1980 تکنیکهای اسپری پلاسما در خلأ[9] و اسپری پلاسما فشار پائین[10] بوجود آمدند. مزیت اصلی این روشها نسبت به پاشش پلاسما در هوا، کاهش میزان اکسیداسیون مواد فلزی و همچنین کاهش درصد تخلخلهای بوجود آمده در پوشش می­باشد. عموماً تکنیکهایی که در آنها اتمسفر کنترل می­شود در صنایع هوا فضا کاربرد دارند که گاهی کیفیت و ماندگاری نسبت به هزینه اهمیت بیشتری دارد [1].
شکل1-1 انواع فرآیندهای پاشش حرارتی را نشان می دهد. نام فرآیندها به صورت سایه دار نشان داده شده است.
شکل 1-1. انواع فرآیندهای پاشش حرارتی [1].
 
در طی دهه اخیر پلاسما اسپری به عنوان یکی از مهمترین روشهای ایجاد پوششی با شرایط مطلوب روی سطح، بدون توجه به ریزساختار درونی آن گسترش یافت. این تکنیک روش موثری برای ایجاد پوششهای فلزی، سرامیکی و کامپوزیتی ( فلز و سرامیک) برای محدوده متعددی از کاربردهای صنعتی است [3و4].
[1] Surface Engineering
[2] Schoop
[3] Spraying metal wires
[4] Flame spray
[5] Feed stock
[6] Atmospheric plasma spray (APS)
[7] Giannini
[8] Gerdien & Lotz
[9] Vacuum plasma spray (VPS)
[10] Low pressure plasma spray (LPPS)