20131105冷噴涂技術(shù)調(diào)研

1、冷噴涂調(diào)研冷噴涂調(diào)研一、原理介紹一、原理介紹冷噴涂技術(shù)（CS：ColdSpray），又稱為氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，是指當(dāng)具有一定塑性的高速固態(tài)粒子與基體碰撞后，經(jīng)過強(qiáng)烈的塑性變形而發(fā)生沉積形成涂層的方法。通常條件下，一般的概念是當(dāng)固態(tài)粒子碰撞到某種基體后將產(chǎn)生固態(tài)粒子對(duì)基體的沖蝕作用。通俗來(lái)講，冷噴涂技術(shù)不同于傳統(tǒng)熱噴涂（超速火焰噴涂，等離子噴涂，爆炸噴涂等傳統(tǒng)熱噴涂），它不需要將噴涂的金屬粒子融化，冷噴涂采用壓縮空氣加速金屬粒子到零界速度，

2、經(jīng)噴嘴噴出，金屬粒子直擊到基體表面后發(fā)生物理形變。金屬粒子撞扁在基體表面并牢固附著，整個(gè)過程金屬粒子沒有被融化，噴涂基體表面產(chǎn)生的溫度不會(huì)超過150℃（加拿大材料科學(xué)院NRC技術(shù)不超過200℃）。冷噴涂原理如圖1所示。冷噴涂過程中，高速粒子撞擊基體后，是形成涂層還是對(duì)基體產(chǎn)生噴丸或沖蝕作用，或是對(duì)基體產(chǎn)生穿孔效應(yīng)，取決于粒子撞擊基體前的速度。對(duì)于一種材料存在著一臨界速度Vc，當(dāng)粒子速度大于Vc時(shí)，粒子碰撞后將沉積于基體表面，而當(dāng)粒子速度

3、小于Vc時(shí)，將發(fā)生沖蝕現(xiàn)象（基體表面損壞，金屬粒子掉落）。Vc因粉末種類而異，一般約500～700ms，具體見表1。因此，為了增加氣流的速度，從而提高粒子的速度，冷噴涂技術(shù)還可以將加速氣體預(yù)熱后送入噴槍，通常預(yù)熱溫度小于600℃；同時(shí)為了獲得高的粒子速度與沉積效率，要求粉末粒子粒度及其分布范圍要小，一般為1～50um。表1不同金屬粒子的臨界速度（ms）材料銅鎳鐵鋁臨界速度560~580620~640620~640680~700粒子進(jìn)行超

4、音速風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粒子的速度超過某一臨界速度時(shí)，示蹤粒子對(duì)靶材表面的作用從沖蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榧铀俪练e。1995年，最先參與冷噴涂研究的原蘇聯(lián)研究者Papyrin在美國(guó)召開的全美熱噴涂會(huì)議上與美國(guó)學(xué)者聯(lián)合發(fā)表相關(guān)研究結(jié)結(jié)果。2000年，在加拿大召開的國(guó)際熱噴涂會(huì)議上，組織了冷噴涂技術(shù)討論會(huì)，由此，冷噴涂技術(shù)在國(guó)際上引起了廣泛的關(guān)注。近幾年來(lái)，美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、日本、中國(guó)等世界主要國(guó)家的高校、研究機(jī)構(gòu)對(duì)冷噴涂技術(shù)開展了大量的研究工作。具體如下：

5、1、俄羅斯1990年，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院理論與應(yīng)用力學(xué)研究所率先提出了年，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院理論與應(yīng)用力學(xué)研究所率先提出了“冷噴涂冷噴涂”概念概念，隨后科學(xué)家們對(duì)冷噴涂技術(shù)的理論、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，如對(duì)超音速雙相氣流的加速和阻尼的細(xì)致研究、建立數(shù)學(xué)公式，分析不同壓力、溫度和驅(qū)動(dòng)氣體情況下，評(píng)估粒子噴出的速度；建立了冷噴涂過程中的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型；研究了氣流與阻礙物的熱容量影響和顆粒沖擊阻礙物時(shí)的變形量，能得出噴涂技術(shù)的優(yōu)化條件

6、；探索冷噴涂技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的具體方案，力求以空氣作為驅(qū)動(dòng)氣體。這些研究為冷噴涂設(shè)備的研制奠定了基礎(chǔ)。俄羅斯奧柏尼斯克粉末噴涂中心，在奧費(fèi)克留也夫的領(lǐng)導(dǎo)下，徹底改變了氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。他們提出，只用10大氣壓以下的空氣就實(shí)現(xiàn)了純金屬與金屬粒子和陶瓷粉末混合物的氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)。他們?cè)诩铀贇饬髦型瑫r(shí)輸入陶瓷顆粒，以陶瓷顆粒的動(dòng)能補(bǔ)充金屬顆粒動(dòng)能的不足。已加速的陶瓷顆粒與基體相互作用，對(duì)所形成的涂層進(jìn)行動(dòng)力加工。由此獲得密實(shí)均勻的塑性