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冷噴涂技術(shù)知多少

2017-06-21 09:43:19 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：鐵碼頭材料資訊分享至：

冷氣動(dòng)力學(xué)噴涂法（CGDSM：Cold Gas Dynamic Spray Method，簡(jiǎn)稱冷涂）是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型噴涂技術(shù)。20世紀(jì)80年代中期，前蘇聯(lián)科學(xué)院西伯利亞分部（SDRAS）的A.N.Papyrin等人，在進(jìn)行超音速風(fēng)洞負(fù)載顆粒流對(duì)宇宙飛船侵蝕現(xiàn)象的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)，當(dāng)速度超過(guò)某一臨界值時(shí)，固體顆粒將沉積在靶材的表面。基于這一現(xiàn)象，他們?cè)?990年提出并開(kāi)發(fā)了冷噴涂工藝。

采用加熱設(shè)施預(yù)熱壓縮氣體，壓縮氣體通過(guò)縮放型Laval噴管產(chǎn)生超高速流，粉末粒子沿軸向送入氣流中，經(jīng)氣體加速后以高速撞擊基體，通過(guò)產(chǎn)生劇烈的塑性變形而在基體表面沉積為涂層。整個(gè)過(guò)程金屬粒子沒(méi)有被融化，但如果金屬粒子沒(méi)有達(dá)到超音速則無(wú)法沉積。由于它不同于傳統(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），粉末粒子在整個(gè)沉積過(guò)程中溫度低于其熔點(diǎn)，故稱為冷噴涂。

    火焰噴涂，等離子噴涂，高速火炎噴涂和爆炸噴涂等傳統(tǒng)金屬噴涂工藝都存在共同的弊端。首先，噴涂工藝需要融化金屬粒子，導(dǎo)致噴涂溫度高，使機(jī)體內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，機(jī)體表面產(chǎn)生熱變形。此外，傳統(tǒng)熱噴涂工藝很難控制噴涂面積與厚度，所以噴涂效果差。冷噴涂可以實(shí)現(xiàn)粒子在低溫下的沉積，由于這個(gè)顯著的特點(diǎn)，體現(xiàn)冷噴涂的優(yōu)勢(shì)所在：

    噴涂工作溫度低，對(duì)噴涂粒子和基體的熱影響小。噴涂粒子基本沒(méi)有氧化、相變或晶粒長(zhǎng)大，適用于溫度敏感材料、氧化敏感材料和相變敏感材料；而對(duì)基體熱影響小的直接優(yōu)勢(shì)使基體有更廣泛的選擇空間，同時(shí)也避免了熱噴涂凝固過(guò)程中產(chǎn)生的宏觀和微觀偏聚，保留了噴涂材料粒子本來(lái)的特性。

    噴涂粒子沉積率高，粉末可以回收利用，可制備納米涂層、復(fù)合涂層和非晶涂層；相比電鍍、焊接和涂漆來(lái)說(shuō)，冷噴涂是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的選擇。

    形成的涂層承受壓應(yīng)力，有利于制備較厚的涂層；與之對(duì)應(yīng)的是在熱噴涂中，由于噴涂材料的凝固收縮，涂層中形成了有害的殘余拉應(yīng)力。

    形成涂層的孔隙率低且和基體有較高的結(jié)合強(qiáng)度。由于不可避免地存在界面作用，結(jié)合強(qiáng)度一般為50MPa左右。

    設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，無(wú)需等離子體、電弧、起爆、燃燒及用于加熱噴射氣體的復(fù)雜設(shè)備。

    冷噴涂是依靠高速運(yùn)動(dòng)的顆粒動(dòng)能撞擊基體，兩者或其中之一發(fā)生嚴(yán)重塑性變形而結(jié)合的，所以它也具有一些缺點(diǎn)。如：噴涂脆性材料受限制，噴涂鐵基、鎳基或者高溫合金時(shí)需要使用昂貴的氦氣才能得到高質(zhì)量圖層，致使費(fèi)用升高，冷噴涂層與陶瓷集體的結(jié)合強(qiáng)度有限等。

    目前，隨著氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)研究的發(fā)展，它在生產(chǎn)制造行業(yè)中應(yīng)用會(huì)更加廣泛。毫無(wú)疑問(wèn)，氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)已進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用的階段，它將會(huì)有更好的發(fā)展。