冷喷涂技术知多少

2017-06-21 09:43:19 作者：本网整理来源：铁码头材料资讯分享至：

冷气动力学喷涂法（CGDSM：Cold Gas Dynamic Spray Method，简称冷涂）是近几年发展起来的新型喷涂技术。20世纪80年代中期，前苏联科学院西伯利亚分部（SDRAS）的A.N.Papyrin等人，在进行超音速风洞负载颗粒流对宇宙飞船侵蚀现象的观测实验时，偶然发现，当速度超过某一临界值时，固体颗粒将沉积在靶材的表面。基于这一现象，他们在1990年提出并开发了冷喷涂工艺。

采用加热设施预热压缩气体，压缩气体通过缩放型Laval喷管产生超高速流，粉末粒子沿轴向送入气流中，经气体加速后以高速撞击基体，通过产生剧烈的塑性变形而在基体表面沉积为涂层。整个过程金属粒子没有被融化，但如果金属粒子没有达到超音速则无法沉积。由于它不同于传统热喷涂（超速火焰喷涂，等离子喷涂，爆炸喷涂等传统热喷涂），粉末粒子在整个沉积过程中温度低于其熔点，故称为冷喷涂。

    火焰喷涂，等离子喷涂，高速火炎喷涂和爆炸喷涂等传统金属喷涂工艺都存在共同的弊端。首先，喷涂工艺需要融化金属粒子，导致喷涂温度高，使机体内部产生热应力，机体表面产生热变形。此外，传统热喷涂工艺很难控制喷涂面积与厚度，所以喷涂效果差。冷喷涂可以实现粒子在低温下的沉积，由于这个显著的特点，体现冷喷涂的优势所在：

    喷涂工作温度低，对喷涂粒子和基体的热影响小。喷涂粒子基本没有氧化、相变或晶粒长大，适用于温度敏感材料、氧化敏感材料和相变敏感材料；而对基体热影响小的直接优势使基体有更广泛的选择空间，同时也避免了热喷涂凝固过程中产生的宏观和微观偏聚，保留了喷涂材料粒子本来的特性。

    喷涂粒子沉积率高，粉末可以回收利用，可制备纳米涂层、复合涂层和非晶涂层；相比电镀、焊接和涂漆来说，冷喷涂是一种经济、环保的选择。

    形成的涂层承受压应力，有利于制备较厚的涂层；与之对应的是在热喷涂中，由于喷涂材料的凝固收缩，涂层中形成了有害的残余拉应力。

    形成涂层的孔隙率低且和基体有较高的结合强度。由于不可避免地存在界面作用，结合强度一般为50MPa左右。

    设备相对比较简单，无需等离子体、电弧、起爆、燃烧及用于加热喷射气体的复杂设备。

    冷喷涂是依靠高速运动的颗粒动能撞击基体，两者或其中之一发生严重塑性变形而结合的，所以它也具有一些缺点。如：喷涂脆性材料受限制，喷涂铁基、镍基或者高温合金时需要使用昂贵的氦气才能得到高质量图层，致使费用升高，冷喷涂层与陶瓷集体的结合强度有限等。

    目前，随着气体动力喷涂技术研究的发展，它在生产制造行业中应用会更加广泛。毫无疑问，气体动力喷涂技术已进入了实际应用的阶段，它将会有更好的发展。