冷喷涂技术的研究现状及在航空工业领域内的应用

综述了冷喷涂技术的研究现状,重点介绍了冷喷涂设备原理、制备涂层的沉积机理和涂层性能特点的研究进展,以及目前冷喷涂技术应用在航空工业领域内所做的表面防护及航空件维修成型的工作。     

非金属材料表面冷喷涂金属化的研究现状及展望

冷喷涂是一种快速发展的固态粉末沉积技术,具有喷涂温度低、沉积效率高、制造速度快等特点,在金属涂层制备、受损零部件修复、增材制造等方面已有广泛的研究与应用。传统冷喷涂工艺的基体材料一般是金属材料,其沉积过程的机理研究也较为成熟。近年来,随着众多工业领域对复合材料的需求进一步提升,通过冷喷涂技术在非金属材料表面制备金属涂层(表面金属化)受到了不同领域众多研究者的关注。总结了目前已报道的使用冷喷涂工艺在高分子和陶瓷等非金属材料表面制备金属涂层的相关结果,围绕几种常用的高分子和陶瓷基体材料,分析了非金属基体材料上冷喷涂沉积金属涂层的结合机理,并在此基础上讨论了冷喷涂工艺参数和材料参数对非金属材料表面冷喷涂金属化的影响。     

冷喷涂技术发展历史、趋势与挑战

冷喷涂作为一种新兴的涂层制备技术,具有沉积效率高、涂层孔隙率低、结合强度高等优点,引起了产业界的广泛关注,在航空航天、汽车、能源、海洋工程、石油和化工等领域有着广泛的应用前景。经过30多年的发展,冷喷涂技术的研究已从基础理论研究转变到产业化应用研究,在简述冷喷涂技术原理的基础上,综述了冷喷涂技术在成形机理、材料体系等方面的研究历程;其次,调研了冷喷涂近年来的发展现状,梳理并提出了未来冷喷涂技术向高性能、低成本、增材制造等方向发展的趋势,包括喷涂系统、粉末、工作气体以及离线编程路径设计等方面的改进提升;最后,提出了冷喷涂技术现存的问题与未来发展展望。     

激光辅助冷喷涂制备高硬度材料涂层的研究进展

冷喷涂是一种新型的低温固态涂层制备技术,在制备温度敏感、相变敏感、氧化敏感材料涂层方面表现出突出的优势。但单纯冷喷涂技术无法沉积高硬度材料,这极大地限制了冷喷涂的应用范围,为了解决该问题,激光技术被引入冷喷涂沉积过程中同步软化喷涂颗粒与基板,这不仅能使高硬度材料实现有效沉积,还能提高冷喷涂涂层的沉积效率、致密度和结合强度等,拓宽冷喷涂沉积材料的选择范围。阐述了激光辅助冷喷涂技术的原理、特点和优势,综述了该技术在沉积制备高硬度金属及金属基耐磨复合涂层的国内外研究现状。     

基于替代电镀硬铬的WC增强金属复合涂层疲劳性能的研究现状

传统电镀硬铬涂层存在网纹裂纹缺陷、抗疲劳性能不足以及环境污染严重等问题,针对新一代航空工业急需新技术替代传统电镀硬铬这一迫切需求,研发新型的耐磨耐蚀涂层体系及其先进环保的再制造技术迫在眉睫。根据先进涂层技术的发展情况,研发出了基于高温熔化-凝固技术的物理气相沉积、超音速火焰喷涂以及激光熔覆技术,这在绿色制备航空工业用耐磨耐蚀涂层上表现出了一定的应用前景,并表现出了比传统电镀硬铬更长的疲劳寿命,但其仍存在内应力过高而开裂、粉末氧化或相变导致疲劳性能下降等一系列关键问题。近年来,冷喷涂涂层技术作为先进环保的新技术,凭借其低温固态沉积特性在制备金属基复合涂层上展现出了显著的冶金优势,其中冷喷涂涂层的残余压应力有助于提高零件的疲劳性能。此外,从起落架防护涂层沉积到其修复再制造环节,冷喷涂技术均可参与其中。因此,作为固态沉积工艺的冷喷涂,其在替代传统电镀铬的新型涂层制备工艺方面具有显著的应用潜力,未来的研究将集中于优化冷喷涂涂层材料和工艺上,以进一步提高其力学性能和疲劳性能。     

冷气动力喷涂技术制备涂层的研究进展

冷气动力喷涂技术是在室温或有限加热的温度下利用高压气体产生高速气流喷涂金属、合金以及复合涂层的新兴表面工程技术.综述了国内外冷喷涂领域的研究现状,总结了冷喷涂技术制备纯金属涂层、合金涂层以及复合涂层的研究进展,尤其是制备纳米结构涂层的最新成果,主要包括纳米涂层的结构、性能、特点及应用.     

TC4钛合金表面冷喷涂制备CuNiIn涂层组织及其微动磨损性能研究

为推动冷喷涂技术在航空防护涂层领域的应用,采用氮气冷喷涂技术在TC4钛合金表面制备了CuNiIn涂层,使用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和微动磨损试验机对涂层宏/微观组织、显微硬度及微动磨损性能进行了分析。结果表明:越靠近基体,涂层致密性越好,整体涂层孔隙率约为2.8%,涂层微观组织较粉末原始组织有一定细化;涂层硬度值自基体向表面沿厚度方向有增大的趋势,靠近基体一侧硬度平均值为274 HV_2N,靠近表面的涂层硬度稳定在300 HV_2N左右;微动位移较小时,涂层失效机制主要是黏着磨损,磨损形貌为椭圆形,微动位移较大时,以磨粒磨损为主,磨损形貌接近圆形。     

热喷涂技术在摩擦磨损领域应用研究

该文综述了热喷涂技术在摩擦磨损领域应用的研究现状及进展,主要论述了喷涂方法、喷涂工艺、喷涂材料、涂层结构、涂层处理及喷涂涂层的磨损机理等方面在摩擦磨损领域的研究与进展,通过上述几方面的讨论与分析,总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域具体的应用情况,分析和总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域应用失效的主要原因和形式,并提出了提高热喷涂技术在摩擦磨损领域应用能力的方法和措施。     

冷喷涂制备复合材料涂层研究现状

鉴于目前冷喷涂技术制备复合材料涂层受到国内外越来越多学者的关注,本文在大量文献分析的基础上对冷喷涂制备复合材料涂层进行了分类和总结。首先,探讨了喷涂前粉末准备和喷涂工艺参数对复合材料涂层的影响;其次,归纳了冷喷涂制备的金属-金属、金属-陶瓷、金属-金属间化合物以及纳米复合材料涂层等研究成果;最后,分析了冷喷涂制备复合材料涂层的应用前景和当前存在的主要问题。     

热喷涂纳米涂层制备方法及材料研究现状和展望

综述了热喷涂纳米涂层的制备方法现状及所用材料的发展情况,介绍了溶液等离子喷涂(SPS)、冷气动力喷涂(CGDS)、高速火焰喷涂(HVOF)技术制备纳米涂层的优势、纳米粉末材料的制备方法及发展趋势,指出纳米涂层制备的主要关键在于解决纳米粉末的输送技术和涂层制备过程中抑制纳米颗粒的长大趋势.纳米涂层的研究对推动热喷涂技术应用有着十分重要的作用.     

低压等离子喷涂技术及研究现状

低压等离子喷涂作为一种热喷涂技术,相比于传统的大气等离子喷涂技术以及气相物理沉积,可制备更加纯净、更为致密、结合强度更高的涂层。主要介绍了低压等离子喷涂的原理、分类及特征,回顾了低压等离子喷涂的产生及发展历程,并与等离子喷涂、超低压等离子喷涂和等离子喷射沉积相比较,分析了其在涂层制备上的独特优势。进一步叙述了低压等离子喷涂技术在制备热障涂层、燃料电池、太阳能、半导体等领域的国内外研究及应用情况,并对其发展进行了展望,指出低压等离子喷涂技术未来的重点发展方向在于对等离子喷涂焰流与材料基板作用机理进行深入研究,以及与其他前沿技术进行复合。     

低压冷喷涂铝涂层微观结构与沉积特性研究

低压冷喷涂技术是一种不同于高压冷喷涂技术的新型喷涂工艺。本文以体积比为3:7的氧化铝粉末和铝粉的混合粉末为原料,以压缩空气为工作气体,利用低压冷喷涂设备在Q235钢基体上制备Al涂层,研究了温度、喷距、送粉速率和喷嘴横向移动速度等工艺参数对涂层沉积效率的影响。采用光学显微镜、扫描电镜,研究了涂层的微观结构和沉积特性。实验结果表明:在工作气体压力保持0.6 MPa不变的情况下,温度400℃、喷距25 mm、送粉速率为30—40 g/min、喷嘴横向移动速度4.0 m/min时,铝涂层沉积效率最佳;同时Al2O3陶瓷相的加入有利于涂层的沉积。     

冷喷涂制备高熵合金的研究进展

高熵合金是近年来一种突破传统合金设计理念的新型多主元合金材料,在抗压强度、硬度、热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等方面具有显著优于常规金属材料的特质.冷喷涂作为一种固态沉积技术,在高性能涂层制备、零件修复与再制造和零构件增材制造等方面受到国内外的广泛关注,为高熵合金的制备提供了一种新的途径.通过分析国内外冷喷涂制备高熵合金的...     

Warm spraying—a novel coating process based on high-velocity impact of solid particles

Abstract

In recent years, coating processes based on the impact of high-velocity solid particles such as cold spraying and aerosol deposition have been developed and attracting much industrial attention. A novel coating process called ‘warm spraying’ has been developed, in which coatings are formed by the high-velocity impact of solid powder particles heated to appropriate temperatures below the melting point of the powder material. The advantages of such process are as follows: (1) the critical velocity needed to form a coating can be significantly lowered by heating, (2) the degradation of feedstock powder such as oxidation can be significantly controlled compared with conventional thermal spraying where powder is molten, and (3) various coating structures can be realized from porous to dense ones by controlling the temperature and velocity of the particles. The principles and characteristics of this new process are discussed in light of other existing spray processes such as high-velocity oxy-fuel spraying and cold spraying. The gas dynamics of particle heating and acceleration by the spraying apparatus as well as the high-velocity impact phenomena of powder particles are discussed in detail. Several examples of depositing heat sensitive materials such as titanium, metallic glass, WC–Co cermet and polymers are described with potential industrial applications.     

Microstructure and bonding mechanisms in cold spray coatings

Cold spray additive manufacturing is a solid state deposition process with applications in surface coatings, manufacture of near net shape parts and component repairs. The technology can be used to spray a wide range of metallic powders onto varying substrates to produce the desired properties for application. This is a review of the progress in cold spray technology with particular interest in the bonding behaviour and deformation microstructure. Comparisons between cold spray and other thermal spray technologies such as plasma, wire arc, flame and high velocity oxyfuel spraying are discussed. The key advantage of cold spray over thermal spray is the reduced heat input and absence of melting. This drastically changes the mechanisms in which coatings are formed and bonded to the substrate, thus material properties and particle velocity have a large influence on the mechanical and microstructural properties of the coating. Fundamental understanding of the cold spray process is the key to its rapid uptake into the industry.

This review was submitted as part of the 2018 Materials Literature Review Prize of the Institute of Materials, Minerals and Mining run by the Editorial Board of MST. Sponsorship of the prize by TWI Ltd is gratefully acknowledged.     

Plasma spray coating processes

Abstract

Plasma spray deposition is one of the most important technologies available for producing the high–performance surfaces required by modern industry. Over the past 25 years, there have been significant advances in the understanding of plasma physics and in the development of spraying equipment and techniques. This has enabled a range of materials including metals, alloys, ceramics, and cermets to be plasma sprayed on to a great variety of substrate types and geometries. During this period, the uniquely aggressive environment within the gas turbine engine has provided not only some of the greatest challenges to plasma spraying technology, but also some of its most successful applications. In this paper, the nature of plasma and plasma spray devices are discussed and factors affecting coating quality are considered. Practical aspects of plasma spraying are considered and finally the application of plasma spray coating processes to the protection of high–temperature gas turbine components is discussed using as examples turbine blade overlay coating, coatings for hot gas path seals, and ceramic thermal barrier systems.

MST/282     

高速电弧喷涂技术在防腐工程领域的研究现状

高速电弧喷涂技术是在传统电弧喷涂技术基础上发展起来的一项新技术,也是再制造工程的关键技术之一.介绍了高速电弧喷涂技术的基本原理及其在防腐工程中应用的潜力,防腐涂层材料的发展概况,常见的高速电弧喷涂层在腐蚀环境中的防护机理,并展望了高速电弧喷涂技术的发展趋势.     

冷气动力喷涂技术研究进展

作为一种新的涂层方法－冷气动力喷涂因能在较低的温度下喷涂金属、合金以及复合涂层而受到人们的关注。综述了国内外冷气动力喷涂技术领域的最新研究进展，主要包括冷气动力喷涂技术研究、冷喷涂涂层的结构性能和涂层特点及其应用。