20131105冷噴涂技術調研

1、冷噴涂調研冷噴涂調研一、原理介紹一、原理介紹冷噴涂技術（CS：ColdSpray），又稱為氣體動力噴涂技術，是指當具有一定塑性的高速固態(tài)粒子與基體碰撞后，經(jīng)過強烈的塑性變形而發(fā)生沉積形成涂層的方法。通常條件下，一般的概念是當固態(tài)粒子碰撞到某種基體后將產生固態(tài)粒子對基體的沖蝕作用。通俗來講，冷噴涂技術不同于傳統(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，整個過程金屬粒子沒有被融化，噴涂基體表面產生的溫度不會超過150℃（加拿大材料科學院NRC技術不超過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，是形成涂層還是對基體產生噴丸或沖蝕作用，或是對基體產生穿孔效應，取決于粒子撞擊基體前的速度。對于一種材料存在著一臨界速度Vc，當粒子速度大于Vc時，粒子碰撞后將沉積于基體表面，而當粒子速度

3、小于Vc時，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，冷噴涂技術還可以將加速氣體預熱后送入噴槍，通常預熱溫度小于600℃；同時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粒子進行超

4、音速風洞試驗時發(fā)現(xiàn)，當粒子的速度超過某一臨界速度時，示蹤粒子對靶材表面的作用從沖蝕轉變?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在美國召開的全美熱噴涂會議上與美國學者聯(lián)合發(fā)表相關研究結結果。2000年，在加拿大召開的國際熱噴涂會議上，組織了冷噴涂技術討論會，由此，冷噴涂技術在國際上引起了廣泛的關注。近幾年來，美國、德國、英國、日本、中國等世界主要國家的高校、研究機構對冷噴涂技術開展了大量的研究工作。具體如下：

5、1、俄羅斯1990年，俄羅斯科學院西伯利亞分院理論與應用力學研究所率先提出了年，俄羅斯科學院西伯利亞分院理論與應用力學研究所率先提出了“冷噴涂冷噴涂”概念概念，隨后科學家們對冷噴涂技術的理論、結構進行了深入的研究，如對超音速雙相氣流的加速和阻尼的細致研究、建立數(shù)學公式，分析不同壓力、溫度和驅動氣體情況下，評估粒子噴出的速度；建立了冷噴涂過程中的統(tǒng)計學模型；研究了氣流與阻礙物的熱容量影響和顆粒沖擊阻礙物時的變形量，能得出噴涂技術的優(yōu)化條件

6、；探索冷噴涂技術應用設計的具體方案，力求以空氣作為驅動氣體。這些研究為冷噴涂設備的研制奠定了基礎。俄羅斯奧柏尼斯克粉末噴涂中心，在奧費克留也夫的領導下，徹底改變了氣體動力噴涂技術的實現(xiàn)方法。他們提出，只用10大氣壓以下的空氣就實現(xiàn)了純金屬與金屬粒子和陶瓷粉末混合物的氣體動力噴涂技術。他們在加速氣流中同時輸入陶瓷顆粒，以陶瓷顆粒的動能補充金屬顆粒動能的不足。已加速的陶瓷顆粒與基體相互作用，對所形成的涂層進行動力加工。由此獲得密實均勻的塑性