冷喷涂设备及冷喷涂技术应用研究进展

冷喷涂技术相比于传统热喷涂技术有许多优势,例如喷涂温度低,涂层氧含量低,孔隙率低,在喷涂过程中不易发生氧化、烧损、相变等现象,这使得传统喷涂技术难以制备的氧敏感、热敏感、非晶、纳米材料涂层成为可能。从冷喷涂技术原理出发,介绍了各类冷喷涂设备及冷喷涂涂层的沉积机理,详细阐述了冷喷涂涂层结合机理和结合方式(机械咬合、物理结合、冶金结合、化学结合),介绍了各类冷喷涂装备(高压和低压冷喷涂系统、真空冷喷涂系统、激光辅助冷喷涂系统、静电辅助冷喷涂系统、脉冲气体冷喷涂系统和激波风洞冷喷涂系统)及其研究现状。综述了近几年冷喷涂技术在防腐涂层、耐磨涂层、生物医用、抗菌涂层、电子工业、功能涂层、修复与再制造等领域的研究和应用现状,最后对冷喷涂技术的应用和发展前景进行了展望。     

冷喷涂沉积纳米结构涂层研究进展

纳米结构涂层因具有良好的耐磨性、耐高温、光催化活性及仿生性能等性能,在材料表面改性方面具有重要的应用价值。冷喷涂作为一种低温沉积技术可避免晶粒粗化,保持纳米结构涂层的特性。概述了冷喷涂的工作原理及沉积机理,介绍了影响冷喷涂沉积纳米结构涂层的主要工艺参数和冷喷涂辅助技术;分别从热障涂层、耐磨涂层、光催化涂层、仿生涂层方面阐述了冷喷涂沉积纳米结构涂层的研究进展。并对冷喷涂纳米结构涂层的发展前景进行了展望。     

冷喷涂技术

冷喷涂技术是近年来发展迅速的工业表面喷涂新技术。本文介绍了冷喷涂技术的原理、系统构成与冷喷涂的特点,以及影响冷喷涂主要工艺参数、粒子沉积行为与涂层性能等研究现状。并结合国内外的发展现状对冷喷涂技术的应用前景进行了展望。     

冷喷涂技术

冷喷涂技术是近年来发展迅速的工业表面喷涂新技术.本文介绍了冷喷涂技术的原理、系统构成与冷喷涂的特点,以及影响冷喷涂主要工艺参数、粒子沉积行为与涂层性能等研究现状.并结合国内外的发展现状对冷喷涂技术的应用前景进行了展望.     

冷喷涂制备防腐涂层研究现状

针对海洋环境中各类钢铁构件日益严重的腐蚀现状,鉴于传统热喷涂技术无法解决涂层孔隙率高、热应力大等缺陷,冷喷涂技术制备防腐涂层受到国内外越来越多学者的关注。在分析大量文献的基础上,对冷喷涂制备防腐涂层的研究现状进行了分类和总结。首先,对比传统热喷涂技术特点,指出冷喷涂技术制备金属涂层、复合涂层以及非金属防腐涂层的优势和可行性,同时从电化学腐蚀角度揭示金属涂层和复合涂层的防腐机理,并简述了前人对非金属涂层防腐机理的各种合理分析。其次,从涂层孔隙率、电化学性质(包括自腐蚀电位、腐蚀电流等)以及特定应用环境下的腐蚀试验等防腐性能表征入手,归纳了冷喷涂制备的金属涂层、非金属涂层以及复合涂层等研究成果,并发现冷喷涂制备防腐涂层技术正在逐渐走向成熟,相对于金属和复合涂层,非金属涂层正在从实验室研发阶段向工业应用过渡。最后,分析了冷喷涂制备防腐涂层当前存在的主要问题和应用前景。     

冷喷涂技术及其系统的研究现状与展望

与传统的热喷涂相比,冷喷涂具有沉积温度低、沉积效率高、孔隙率低,以及粉末在沉积过程中不易发生氧化、分解、相变和纳米结构材料的晶粒长大等问题,这使得氧化敏感、温度敏感和相变敏感等材料的高质量涂层制备成为可能.更值得一提地是,近年来冷喷涂工艺与设备的大力发展使冷喷涂作为一种快速固态成形工艺,在金属增材制造和航空航天等关键零部件的损伤修复中得到应用.鉴于目前冷喷涂技术受到国内学者和工业界越来越多的关注,基于大量的文献调研和长期对国内外冷喷涂研发动态的跟踪,对冷喷涂材料种类、涂层典型组织结构与性能及其工艺和设备系统的发展进行了总结.首先,简介了冷喷涂系统的组成结构、喷涂材料的种类及涂层的组织结构与性能;其次,探讨了高压/低压冷喷涂和真空冷喷涂工艺及其设备的发展现状,讨论了基于喷枪或喷嘴设计的冷喷涂工艺设计与优化,如内孔冷喷涂、脉冲式气体冷喷涂和径向冷喷涂,介绍了针对其他技术辅助传统冷喷涂工艺的发展,包括激光辅助冷喷涂、静电辅助冷喷涂、磁场辅助冷喷涂、搅拌摩擦加工辅助冷喷涂增材制造等;最后,指出了冷喷涂工艺及系统发展尚存的关键问题,并对其材料研究和工业应用进行了展望.     

冷喷涂中粉末处理及复合技术研究进展

冷喷涂是近年来发展起来的一种固态材料沉积技术,具有沉积温度低、沉积速度大、沉积效率高等特点,在金属材料尤其是温度敏感的金属材料固态喷涂成型方面具有明显优势。冷喷涂中,喷涂粉末的状态(包括形状、尺寸和含氧量等)对整个涂层的影响较大,对冷喷涂粉末进行改性和合理设计显得十分重要。阅读和整理近年来冷喷涂研究领域中喷涂粉末的前处理技术,主要包括粉末预热和热处理以及粉末复合技术,粉末复合技术的主要方法有机械混合法、球磨法、造粒法和包覆法等。总结整理了各种技术的优缺点,可为冷喷涂过程中粉末处理技术的选择提供参考。     

冷喷涂技术的研究进展与应用

近年来,冷喷涂技术是一门备受关注的新兴技术,冷喷涂过程中超音速金属粒子以固态形式碰撞基体后产生剧烈的塑性变形从而形成沉积。 由于冷喷涂的沉积可以实现连续堆积而逐层增厚,从而使该技术从一种涂层加工技术发展成为一种快速的增材制造技术。 经历了 30 多年的迅猛发展,冷喷涂技术的研究方向正在从基础理论研究转变到应用开发,其中一些应用已经实现工业化量产。 文中介绍了冷喷涂的技术及工程化应用特点,展示了典型冷喷涂涂层性能等基础研究以及冷喷涂涂层应用等开发方面的工作,并且重点介绍了冷喷涂技术在航空航天、能源动力、电子电力、增材制造等领域的应用研究方面所取得的一些新进展。     

先进喷涂技术制备316L不锈钢涂层的结构与性能研究

相较于铝、铜等有色金属涂层,316L不锈钢涂层具有较高硬度和耐磨性、良好的耐腐蚀等特性,在诸多工业领域均有迫切需求。本文采用冷喷涂和大气等离子喷涂技术制备了316L不锈钢涂层,分别借助扫描电镜、显微硬度和磨损试验等检测手段研究了涂层的微观结构、显微硬度和磨损特性,对比探讨了涂层的磨损机理。试验结果表明,大气等离子喷涂制备的316L不锈钢涂层层状结构明显,存在大量的孔隙。而冷喷涂316L不锈钢涂层非常致密,且无明显氧化。冷喷涂涂层较低的孔隙率和沉积过程中的加工硬化现象,使得冷喷涂316L不锈钢涂层的硬度明显高于大气等离子喷涂涂层,具有更好的耐磨性。冷喷涂涂层在摩擦过程中的摩擦磨损机理主要为磨粒磨损,而大气等离子喷涂制备的316L不锈钢涂层的磨损机理为磨粒磨损和疲劳磨损的复合磨损形式。     

超音速激光沉积WC/SS316L复合涂层微观结构及磨损性能研究

采用超音速激光沉积和冷喷涂技术,在碳钢基体上制备了WC/SS316L复合涂层,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、能量色谱仪、摩擦磨损试验机对超音速激光沉积及冷喷涂复合涂层的微观结构、成分及磨损性能进行了对比研究。结果表明:在沉积温度为800℃下制备的超音速激光沉积涂层的沉积效率和WC含量较冷喷涂涂层分别提高了43%和30%,其涂层致密性也优于冷喷涂涂层;超音速激光沉积涂层的摩擦系数比冷喷涂涂层低19%,表现出较优的抗磨损性能。     

中国冷喷涂研究进展

冷喷涂是通过高速固态颗粒依次与固态基体碰撞后、经过适当的变形牢固结合在基体表面而依次沉积形成沉积层的方法.其关键技术是控制不同材料粒子的速度超过其相应的临界速度.文中总结了中国冷喷涂研究的进展.10年来,中国对冷喷涂的研究有了长足进展,发表的论文数量从2000年1篇增加到2007年的28篇.在冷喷涂设备系统研究的基础上,研究工作的基本方法包括数值模拟和试验研究两个方面.当前中国冷喷涂涂层沉积研究基本处于国际前沿,实现了多种金属合金材料、金属间化合物、金属陶瓷与陶瓷涂层的沉积.涂层不仅可以用作保护涂层,还可以用作功能涂层,具有钎料功能的涂层可以通过冷喷涂预制钎料而为钎焊作准备,关于涂层的结合、涂层内颗粒之间的结合、涂层沉积过程规律与组织结构的控制等相关的基础研究还有待于深入开展.     

冷喷涂增材制造技术研究现状及应用与挑战

冷喷涂增材制造技术是一种固态增材方法,其依靠粉末颗粒塑性变形形成结合,增材构件几乎没有氧化、相变及晶粒长大、裂纹等缺陷,较低的沉积温度对基体热影响较小,同时具有增材效率高和制造大构件等优势,已受到多个国家研究团队的关注,被认为是一种强大而有用的增材制造及增材修复技术。鉴于目前冷喷涂增材制造技术受到各国学者和工业界越来越多的关注,本文试图在阐述冷喷涂设备的基础上,总结典型冷喷涂沉积体（Cu、Al、Ti及Ta等材料）组织结构与性能,重点介绍冷喷涂增材制造技术在国防领域的应用和新进展。同时,也指出了目前冷喷涂增材制造技术存在的挑战。最后对冷喷涂增材制造技术发展尚存的问题与发展方向进行了展望。     

冷喷涂制备金属涂层及其在增材制造应用中的研究进展

冷喷涂由于具有粉末加热温度低、涂层中氧含量及孔隙率较常规热喷涂涂层显著降低等特点,而广泛应用于制备各种类型的涂层或块体材料。近年来,冷喷涂设备及工艺的改善使其在增材制造和零件修复方面也具有极大的应用前景。综述了冷喷涂制备高性能软质相金属和硬质相金属/非金属涂层的研究进展,重点围绕原始颗粒结构、冷喷涂工艺参数、添加第二相和后处理手段对涂层制备及性能优化的效果进行总结,并对冷喷涂制备复合涂层的结合机理进行了阐述,包括软质相颗粒形成单一涂层和添加硬质相颗粒复合涂层的结合机理,且涂层中颗粒之间的结合主要为机械结合、物理结合、冶金结合和化学结合中的一种或多种结合形式。同时,介绍了冷喷涂技术在增材制造领域和零件修复方面的研究进展和存在的问题。最后,分析总结了冷喷涂的应用前景和存在的问题。     

Thermal spray for commercial shipbuilding

Thermal spraying of steel with aluminum to protect it from corrosion is a technology that has been proven to work in the marine environment. The thermal spray coating system includes a paint sealer that is applied over the thermally sprayed aluminum. This extends the service life of the coating and provides color to the end product. The thermal spray system protects steel both through the principle of isolation (as in painting) and galvanizing. With this dual protection mechanism, steel is protected from corrosion even when the coating is damaged. The thermal- sprayed aluminum coating system has proved the most cost- effective corrosion protection system for the marine environment. Until recently, however, the initial cost of application has limited its use for general application. Arc spray technology has reduced the application cost of thermal spraying of aluminum to below that of painting. Commercial shipbuilders could use this technology to enhance their market position in the marine industry.     

锆合金包壳表面涂层的制备进展

锆因其极低的中子吸收截面、较高的熔点和优良的耐腐蚀性等特点,在核技术领域得到大量应用,主要作为核燃料的包壳材料。2011年日本福岛核事故后,事故容错燃料(ATF)的开发成为研究热点,尤其着重提高包壳材料的抗高温氧化性,而在锆合金表面制备涂层是提高该能力的重要途径之一。评述了锆合金包壳表面涂层的种类、性能、制备方法及各种方法的特点与发展。指出激光熔覆、等离子喷涂和冷喷涂都有沉积速率快、涂层厚的特点,但涂层过厚将降低核燃料的中子经济性。激光熔覆和等离子喷涂制得的涂层内应力大,存在较多气孔甚至微裂纹。冷喷涂涂层的应力和气孔得到改善,但喷涂法都存在粉尘及噪声污染等问题。重点分析了磁控溅射法(MS)和电弧离子镀(AIP)两种物理气相沉积技术在包壳涂层制备中的应用现状、存在的问题及未来发展方向。指出磁控溅射法因沉积速率可控、涂层的内应力小及涂层组分可调整等优势而应用最广。电弧离子镀因涂层致密、结合力强而最具发展潜力。这为进一步促进锆合金表面涂层的制备与研究提供了参考。     

冷喷涂金属基复合涂层及材料研究进展

冷喷涂是近年来一种发展十分迅速的材料固态沉积技术,其具有喷涂温度低和颗粒沉积速度高的特点,在金属基复合涂层及材料制备方面展现出了良好的应用前景。 在大量文献整理和分析的基础上,对冷喷涂金属基复合涂层及材料的最新研究进展进行了系统的介绍。 首先归纳了机械混合法、球磨法、包覆法以及造粒法等复合粉末的制备方法及其优缺点,为复合粉末的制备和选择提供了参考;其次,分类介绍了采用冷喷涂制备的铝基、镍基、铜基、钴基以及其他金属基复合涂层及材料;再次,分析了退火、激光、搅拌摩擦焊和热机械等后续处理方法对冷喷涂金属基复合涂层及材料组织结构和性能的影响,并介绍了不同后续处理方法的优缺点;最后,总结了冷喷涂金属基复合涂层及材料的潜在应用领域和存在问题。     

热处理对冷喷涂Fe涂层组织与性能影响研究

冷喷涂作为一种新型的涂层技术,在制备大部分金属涂层、金属陶瓷复合涂层方面有着巨大的潜力。本文采用冷喷涂在Al基体上制备了Fe涂层,并结合喷涂后热处理研究了涂层组织与性能特点。结果表明,所得Fe涂层的内部组织比较致密;受到喷涂过程中空气的影响,喷涂射流呈现亮流,所制备涂层表面有较大、较深气孔。在较低温度下热处理后Fe涂层的显微组织变化不明显,显微硬度明显降低;Fe涂层与Al基体之间形成约10μm厚度的金属间化合物层。