在噴涂時，有時只允許或只需要在零件上噴涂一種材料。如在銅的基體上噴涂銅及其合金時，只允許直接用銅及其合金粉末噴涂；如果先噴涂一層鎳包鋁反而是不可取的，因為銅基體的導熱系數大，在其上噴涂鎳包鋁，得不到自粘結性涂層。但是在多數情況下，單一材料的涂層是不能滿足要求的，往往需要選用多種材料的復合涂層系統。常用的復合涂層系統有：多層復合涂層、混合粉涂層、復合粉涂層。
1．多層復合涂層和混合粉涂層
在高溫工作環境下往往需選用在高溫下穩定的和耐熱性能良好的耐高溫氧化物涂層，如氧化鋁、氧化鋯、鋯酸鎂作為涂層材料。但它有很多不足之處：(1)氧化物與金屬的結合強度較低；(2)氧化物涂層往往含有10～15%的氣孔，并且其中一部分是通孔，介質可以通過氣孔與基體發生作用；(3)氧化物的膨脹系數較低，與金屬不匹配，抗熱震性能不好。因此廣泛地采用在氧化物涂層下施加底層的方法來彌補這些缺點。另外在某些情況下，選用底層的目的是防止表層與基體的相互作用。例如為防止鎢涂層與石墨基體生成碳化鎢，而在石墨基體上先噴涂鉭作底層。
對底層的要求是：(1)它與基體及與后續的涂層結合良好；(2)涂層比較致密，抗氧化性好；(3)膨脹系數介于基體和后續涂層之間，以減少因熱膨脹系數的不同而引起的應力。常用的底層材料有Mo、Ni-Al等自粘結材料。其中Ni-A1的應用較為廣泛，它的優點是：能與多種材料粘結，結合強度較高，涂層本身致密，抗氧化性能好。但在銅合金等材料上不適用。
為提高陶瓷耐熱涂層的抗熱震性，通常采用多層復合涂層；為使金屬基體向陶瓷表層逐步過渡，采用了三層的復合層，即：金屬底層、金屬陶瓷過渡層和陶瓷表層，金屬陶瓷過渡層可以采用三種方法。第一種是金屬與陶瓷粉末混合噴涂，這種方法比較簡便，也是可行的。但由于兩種粉末的比重不同，混合粉在送粉過程中成分變得不均勻，而且兩種粉末的熔點、比熱、導熱率相差懸殊，要使這兩種粉末都充分熔化，就必須分別嚴格控制兩種粉末的粒度。第二種是分別用兩個送粉器從兩個送粉口把金屬和陶瓷兩種粉末送入焰流。使熔點高、導熱率低的陶瓷粉從焰流的上游送入，以增加粉末與高溫區的接觸時間，從而得到充分加熱；易熔化的金屬粉末從焰流下游送入，使得金屬粉不至于過熱和蒸發。第三種是采用包復粉末，例如鎳包氧化鋁等。這種粉末中每粒氧化鋁粉均包有一層鎳，因此所得涂層成分比較均勻恒定，不會產生偏析。缺點是粉末的成本較高。
近來復合耐熱涂層也有采用階梯涂層的。如用多臺送粉器的送粉系統制造以鎳鈷鉻鋁釔與氧化鋯兩組分成連續變化的階梯涂層。這種涂層系統的抗熱震性與抗氧化性都優于Ni-A1(或Ni-Cr)、Ni-A1(或Ni-Cr)+ZrO2、ZrO2的三層涂層系統，可用于更重要的航空發動機部件上。
2．復合粉末涂層
復合粉末的出現顯著地擴大了涂層材料的應用范圍，改善了涂層性能。它具有以下獨特性能：
（1）可根據需要，采用不同的制造方法，制備出具有不同要求的綜合性能的涂層，特別是金屬或合金與非金屬陶瓷制成的復合粉末涂層，更是其他方法難以達到的；
（2）具有單一顆粒的非均質性與粉末整體的均質性的統一。所得的表面涂層具有均勻的綜合物理化學性能。因此，在貯運和使用過程中，就不會出現成分偏析傾向，從而避免了由此造成的涂層質量不均勻的缺陷；
（3）芯核材料受到包覆層或包覆粉末的保護，能夠避免或減少熱噴涂過程中，因高溫火焰的作用而產生的元素的氧化燒損、失碳、揮發等現象，從而獲得高性能的涂層；
（4）選擇適當的組分配制復合粉末，使在熱噴涂的火焰溫度下，粉末組分間能夠發生化學反應，生成熔點比粉末各組分的熔點更高的金屬間化合物，伴隨著放出大量的熱，對粉粒和基體表面輔助加熱，得到致密的涂層；
（5）噴涂復合粉末與噴涂混合粉末相比，不僅涂層性能優異，而且噴涂速率和沉積效率也要高的多，從而可以提高勞動生產率。