冷喷涂技术研究进展及其在舰船领域的应用

冷喷涂作为一种低温固态成型技术,具有基材热影响小、粉末材料不易氧化、沉积效率高等特点,可用于金属防护涂层制备、零部件修复和增材制造。首先从冷喷涂系统、喷涂材料、喷涂工艺3个方面介绍了冷喷涂技术的特点;其次总结了近年来冷喷涂技术在粉末材料设计、涂层结合机理、组织结构与性能调控方面的研究进展;然后,详述了冷喷涂技术在国外海军舰船领域的应用情况;最后,简述了冷喷涂技术在我国海军舰船领域的研究及应用情况,并对其未来发展方向进行了展望,以期提高我国海军舰船装备腐蚀防护及维修保障能力。     

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。     

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。     

冷喷涂铜涂层研究进展

冷喷涂技术自其发现,就在制备致密金属涂层方面表现出突出的优势,但有时候涂层性能并不能满足工业需要。鉴于此,以被广泛关注的纯铜为例,主要综述了近年来国内外冷喷涂铜涂层的工艺与性能特征,讨论了4种后处理工艺对冷喷涂铜涂层组织及性能的影响,并给出了冷喷涂铜涂层在主要领域的应用,最后对冷喷涂制备纯铜仍然存在的难题与解决策略进行了分析展望。     

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。     

新型热喷涂及其复合技术的进展

热喷涂由于可以在基体上快速获得性能优良的涂层而受到人们广泛关注.针对研究热点冷喷涂技术、低压等离子喷涂薄涂层、液体热喷涂技术的研究及其应用做了详细介绍,同时也介绍了热喷涂与激光复合技术的一些研究进展.此外,对近年来热喷涂领域中的新型喷涂设备的发展和前沿进行了文献综述,以期推动国内热喷涂技术的研究开发与应用.     

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.     

冷气动力喷涂涂层结合机理及其工艺研究进展

重点综述了冷气动力喷涂涂层的结合机理及影响涂层质量的因素,对冷喷涂涂层的特点及其应用研究的最新进展进行了简要介绍,指出冷喷涂在高纯金属、非晶、纳米晶及异种复合材料涂层的制备方面具有广阔的应用前景.     

铝合金基材表面耐磨性能强化研究现状

铝合金材料具有密度低、强度高、易加工等优点,已被广泛应用于汽车和航空航天等领域。为了延长铝合金零件在磨损、腐蚀等环境下的服役寿命,目前开发了众多先进的表面工程技术,实现了对铝合金基体的性能强化。基于此,本文综述了等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂、激光重熔、氩弧重熔、冷喷涂、电火花沉积、激光熔覆、微弧氧化等九种表面技术对铝合金处理以强化耐磨性能的研究工作。大量研究发现,这些表面技术均在一定程度上提高了铝合金基体的耐磨性能。例如,等离子喷涂涂层可有效减轻高温条件下基体的磨损;重熔技术制备的涂层比喷涂涂层具有更高硬度和更优异的耐磨性能;采用硬质颗粒的冷喷涂技术制备的涂层具有显著提高的显微硬度;电火花沉积技术制备的沉积层内部均匀分布着高强度枝蔓状的Si相,能够极大地减小基体的摩擦系数。同时,本文总结了以上技术的优缺点及适用范围。例如,热喷涂效率高但易造成热应力集中,导致涂层与基体之间的结合强度降低;氩弧重熔在低熔点和易蒸发的金属和合金上重熔困难;激光重熔可消除大部分孔隙及夹杂的氧化物,但设备成本较高。最后,本文从采用多种技术复合处理、优化涂层工艺参数、加强新技术研发等方面,对未来铝合金基材表面耐...     

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。     

冷喷涂制备非晶合金涂层的研究进展

综述了近年来冷喷涂制备非晶合金涂层的现状,总结了喷涂工艺参数对铁基、铝基、铜基及镍基等非晶合金涂层制备的影响,详细阐述了涂层晶化及沉积机制,并在冷喷涂涂层硬度、耐磨及防腐性能等方面进行了归纳,最后对冷喷涂技术在非晶合金制备的发展趋势进行了展望.     

超音速火焰喷涂技术研究进展

介绍了一种超音速火焰喷涂技术的发展过程、工作原理和特点、涂层的应用以及未来的发展方向。该技术制备的涂层致密、氧化物含量极低，在耐磨、抗氧化、耐腐蚀和机械零件修复等领域得到了广泛的应用。     

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。     

冷喷涂技术的研究现状及进展

综述了冷喷涂技术的原理和特点,重点讨论了冷喷涂过程中粒子的临界速度和涂层质量的影响因素及涂层的沉积机制,并阐述了涂层的应用进展和发展趋势,指出合理地控制喷涂参数是获得性能优异涂层的重要条件,同时改进喷枪结构,制备功能涂层和复合涂层将是冷喷涂发展的主要方向。     

热喷涂技术的演化与展望

系统分析了热喷涂技术的发展历程与最新动态, 提出了“三阶段演化规律”(热能的较量、动能的较量、创新理念的较量), 并就工艺特性与潜在应用两方面较详细地探讨了几种新颖的喷涂工艺: 低压等离子喷涂-薄涂层技术(LPPS-TF)、冷喷涂(CS)和液料等离子喷涂(SPS/SPPS). 结合国内外热喷涂产业发展现状, 尝试提出了几点亟待国内热喷涂界同仁共同努力的方向, 最后展望了热喷涂工艺与产业的未来发展.     

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。     

冷喷涂市场在升温

冷喷涂工艺正广泛用于多个领域,从以铜包覆铝的廉价技术到航空领域的高导电、高传热技术均有应用。而航空工业对涂层的力学和物理特性有着极高的要求。冷喷涂工艺以动能（微粒速度）代替热能（高温）,从而使旧工艺得到改进。自然发展的趋势是高速氧燃烧（HVOF）喷涂的应用,及其冷喷涂技术经验积累。     

冷喷涂及电弧喷涂铁涂层工艺及其性能对比

针对在铝质锅具表面喷涂导磁涂层的2种工艺(冷喷涂和电弧喷涂)的制备条件及涂层性能进行了较为详细的研究及分析,为铝质锅具表面涂覆高性能导磁涂层的工艺应用提供依据。借助扫描电子显微镜、拉伸试验机、盐雾试验箱、热震试验箱研究了2种工艺所制备涂层的截面形貌与成分、结合强度、耐蚀性能、耐冷热冲击性能及电磁性能变化率。结果表明,所制备涂层都具有良好的电磁加热性能。采用冷喷涂制备的导磁涂层在结合强度、耐蚀性能和耐冷热冲击性能方面都明显优于传统的电弧喷涂所制备的导磁涂层,采用冷喷涂制备的导磁涂层的电磁性能变化率明显小于传统的电弧喷涂制备的导磁涂层。但是采用电弧喷涂的铁涂层在使用过程中的噪音低于采用冷喷涂的铁涂层。     

专栏寄语

20世纪80年代,原苏联科学院西伯利亚分院理论和应用机械研究所发现冷喷涂颗粒结合现象,并于1990年首次提出冷喷涂概念。20世纪90年代末,冷喷涂技术进入我国,并自此走上了快速发展的道路。与热喷涂、激光等热工艺不同,冷喷涂过程中金属的氧化、分解、相变、晶粒长大得到有效控制,在制备纳米、非晶等新型材料和温度敏感材料方面具有明显优势。同时,冷喷涂制备的材料更为致密,部分冷喷金属材料的综合力学性能可达锻件水平。目前,冷喷涂技术已能够沉积金属及其合金、金属间化合物、金属陶瓷复合材料、纳米材料、非晶合金和高爛合金,技术领域涉及涂层、近净成形和增材制造,应用领域涵盖核工业、航空航天、电力电子、海工装备、医疗器械、汽车工业、工程机械。