热处理调控冷喷涂金属沉积层微观特性及性能研究进展

冷气动力学喷涂,又称冷喷涂(Cold spray, CS),是一种基于喷涂材料塑性变形实现固态沉积技术,可用于金属零部件的表面功能涂层制备以及增材制造/再制造。但目前冷喷涂技术还存在孔隙率高、界面结合弱、塑性差等问题,后续热处理常被用于冷喷涂沉积层微观组织及性能调控的有效手段。因此,本文综述了利用后续热处理调控冷喷涂金属沉积层微观结构及性能的研究现状,通过热处理可以对冷喷涂沉积层的致密性、组织物相以及应力状态等微观特性进行优化,从而改善沉积层的显微硬度、耐磨/耐蚀、导热/导电、强度以及塑性等性能。     

提高等离子喷涂热障涂层隔热性能的方法

为进一步提高等离子喷涂热障涂层的隔热性能,对陶瓷材料的导热理论及热障涂层的热导率进行了研究.提出了包括寻求新型热障涂层陶瓷材料、添加掺杂剂、制备纳米涂层及双陶瓷层热障涂层等能够改善等离子喷涂涂层隔热性能的方法;并指出,采用等离子喷涂技术制备带颜色的稀土锆酸盐纳米双陶瓷层热障涂层,将会进一步改善热障涂层的隔热性能.     

冷喷涂技术的研究进展

冷喷涂是基于空气动力学原理的一种新型喷涂技术.它是利用低温(一般低于600℃)超音速气体射流加速喷涂粒子,使粒子不熔化,以固态形式与基体发生塑性碰撞而实现涂层沉积.相比于热喷涂技术,冷喷涂可以避免材料在喷涂过程中发生过热、氧化、晶粒长大等现象,适用于非晶、纳米晶涂层的制备.介绍了冷喷涂技术的原理、特点、沉积机制和工艺参数,总结了冷喷涂纳米涂层的研究进展.     

冷喷涂在焊接工程中的应用与展望

冷喷涂是基于空气动力学与高速碰撞动力学原理的喷涂技术,它是一种新型涂层制备技术,是目前国际热喷涂领域的研究前沿.简要介绍了冷喷涂技术的原理与主要特点,以及冷喷涂技术的主要应用研究现状.根据冷喷涂技术独特的优点,如涂层含氧量低、可将喷涂材料的组织结构在不发生变化的条件下转移到基体表面等.对冷喷涂技术在焊接制造领域内的应用前景进行了展望.冷喷涂能够应用于钎焊、扩散焊、材料的自由连接以及改善焊接接头的疲劳性能等焊接工程.     

冷喷涂硬质合金耐磨涂层研究进展

硬质合金涂层具有高耐磨性与高耐腐蚀性等优势,因此广泛应用于冶金等领域的耐磨、耐蚀防护中。采用传统热喷涂技术制备硬质合金涂层,其高温会导致涂层材料产生相变、氧化、脱碳等问题,从而损害涂层的服役性能。冷喷涂技术作为一种新兴的涂层制备技术,具有低温的特点,可避免传统热喷涂方法所带来的涂层质量问题,成为硬质合金涂层制备的潜在技术。在简述冷喷涂技术原理及其沉积机理的基础上,综述了冷喷涂制备硬质合金耐磨涂层(如WC-Co、WC-Ni、Cr3C2-NiCr等),以及影响涂层硬度、耐磨性等力学性能的主要因素,包括硬质相、黏结相的种类、含量和尺寸等。综合比较了冷喷涂与超音速火焰喷涂制备的硬质合金涂层的耐磨性能,分析了后处理(喷后热处理、搅拌摩擦处理)对冷喷涂硬质合金涂层耐磨性的影响。最后,提出了冷喷涂技术在硬质合金耐磨涂层制备方面的局限性,并对未来发展进行了展望。     

冷喷涂沉积机理及其装备的研究进展

冷喷涂是近几年基于空气动力学发展起来的新型表面改性技术。冷喷涂技术在较低的温度下进行,相比热喷涂有很多优势,成为研制开发非晶、纳米及其他温度敏感材料的有效手段,在工业及国防领域有着重要的应用前景和价值。简要介绍了冷喷涂技术的原理、特点以及在保护涂层、功能涂层、近净成形、零件修复等方面的应用。涂层沉积机理的研究对冷喷涂技术的研究具有重要的理论意义,对工艺参数的优化以及优质涂层的制备具有重要的指导作用。冷喷涂装备对涂层质量和喷涂效率的提高至关重要。冷喷涂装备使冷喷涂技术的研究从理论研究到实验研究过渡,最终由实验室研究向工业应用过渡。详细阐述了冷喷涂涂层沉积机理及其研究进展。系统阐述了冷喷涂装备(真空冷喷涂、激光辅助冷喷涂、脉冲气体冷喷涂、激波风洞冷喷涂等)的工作原理及研究现状。     

超音速喷涂技术及其应用

回顾了超音速喷涂技术的发展过程;总结了超音速火焰喷涂、超音速等离子喷涂、超音速电弧喷涂及冷喷涂等设备的结构和技术特点;介绍了超音速喷涂工艺及涂层特性;展望了该技术在制备纳米涂层方面的应用及发展前景。     

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。     

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。     

PVD导热涂层的研究综述

首先从导热涂层的应用背景出发,分析了导热涂层研究的必要性,其次探讨了导热涂层的导热机理和影响涂层导热的宏观和微观因素。在此基础上,阐述了PVD导热涂层的研究现状,重点分析了Si C、AlN、DLC三种常见的具有较大应用潜力的PVD导热涂层。声子散射是影响涂层热导率的直接原因,涂层内部同位素、杂质、缺陷及晶界等均会引起声子发生散射,而界面声子散射引起的界面热阻对涂层导热性能影响巨大,通过合理选择制备技术和精确控制工艺参数,在一定程度上能改善涂层的导热性能,提高热导率。在此基础上,笔者提出了离子源辅助高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)的工艺配合,提高涂层质量和致密度,优化界面结构,降低界面热阻,以期实现涂层的高导热性能。     

High Pressure Cold Sprayed (HPCS) and Low Pressure Cold Sprayed (LPCS) Coatings Prepared from OFHC Cu Feedstock: Overview from Powder Characteristics to Coating Properties

Cold spraying enables high quality Cu coatings to be deposited for applications where high electrical and/or thermal conductivity is needed. Fully dense Cu coatings can provide an effective corrosion barrier in specific environments. The structure of cold-sprayed Cu coatings is characterized by high deformation which imparts excellent properties. Coating properties depend on powder, the cold spray process and post treatments. First of all, powder characteristics have a strong influence on the formation of pure coatings. Secondly, cold spraying provides dense, adherent, and conductive coatings by using HPCS and LPCS. Furthermore, an addition of Al₂O₃ particles to the Cu powder in LPCS process significantly improves coating properties. Also, heat treatments improve electrical conductivity. This study summarizes optimal characteristics of Cu powder optimized for cold spraying, achieving high coating quality and compares properties of HPCS Cu, LPCS Cu and Cu+Al₂O₃ coatings prepared from the same batch of OFHC Cu powder.     

冶金严苛服役环境中热喷涂技术的应用现状及展望

以超音速火焰喷涂、大功率等离子喷涂等为代表的先进热喷涂技术,已成为冶金行业关键装备及部件在严苛服役环境下实现高温耐磨、耐腐蚀、抗结瘤、隔热等多功能化的关键技术.概述了不同热喷涂技术的基本原理及涂层特性,进而详细论述热喷涂技术在服役于严苛环境中的冶金关键设备(如连铸结晶器铜板、热镀锌铝锅组件及高温炉辊等)上的研究现状及应...     

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。     

Metallization of Thin Al2O3 Layers in Power Electronics Using Cold Gas Spraying

A successful combination of insulating substrates with conducting metal coatings produced by cold spraying could open new industrial application areas like the fabrication of power electronic components. For minimizing the number of industrial process steps, insulating ceramic layers should ideally be processed by thermal spray techniques. Thus, this study investigates the impact behavior and coating formation of ductile metallic feedstock powders onto brittle ceramic coatings. With respect to high electrical conductivity of the metallic lines and good electrical insulation of the ceramic interlayer, copper was cold gas sprayed on previously thermally sprayed Al₂O₃ coatings. Successful cold coating formation requires different strategies for the activation of the ceramic layer to increase adhesion and to avoid brittle failure. These both can be achieved either by applying a bondcoat on the ceramic layer or using heated substrates during the cold spray process.     

导电耐磨自润滑涂层的研究现状与展望

导电耐磨自润滑涂层是一种兼具高导电、高耐磨、低摩擦、耐高温和强韧化于一体的功能涂层,广泛应用于高端装备滑动电接触部件的表面性能提升。近年来,电子通讯、轨道交通和航空航天等领域的快速发展进一步促进了该类涂层的研究与应用。首先重点综述了常用的几种导电耐磨自润滑涂层的制备技术,包括冷喷涂技术、超音速等离子喷涂技术、磁控溅射技术、激光表面改性技术和电镀技术,并总结了各类技术的特点。随后,分析了影响涂层材料导电性能和摩擦磨损性能的主要因素和作用机理,进一步从能量角度探讨了载流摩擦磨损过程中的热量损失,从原子角度与相变角度揭示了材料的载流摩擦磨损机制,介绍了有望用于导电耐磨自润滑涂层的潜在材料体系(MAX相和Magnéli相等)。最后指出,优化涂层质量、研发考核实验设备和探究涂层导电耐磨自润滑机理是该综合防护涂层未来的重点发展方向。     

冷喷涂制备CuZn35涂层结构及耐摩擦磨损性能

目的 采用高压冷喷涂技术制备低氧化、致密、耐摩擦磨损的CuZn35涂层,并探究加速气体温度对CuZn35涂层性能的影响。方法 利用高压冷喷涂技术在铝板上沉积CuZn35涂层,探究加速气体温度对冷喷涂CuZn35涂层微观结构及耐摩擦磨损性能的影响。在载荷为2 N时,在旋转式摩擦磨损试验仪上进行试验,对比铸态CuZn35材料的耐磨性能,评估在压力为5 MPa,加速气体温度为400、600、800℃条件下冷喷涂制备的CuZn35涂层的耐磨性能。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、三维轮廓仪(3D Profiler)对涂层的微观结构和磨损表面形貌进行分析。结果 当冷喷涂加速气体温度从400℃升至800℃时,CuZn35涂层内部颗粒的变形量不断增大,颗粒之间形成了较好的结合,孔隙率从2.67%降至0.5%以下,硬度从200HV0.3升至242HV0.3,涂层磨损率从3.67 mm³/(N·mm)降至1.80 mm³/(N·mm)。在温度为800℃条件下制备的CuZn35涂层表现出最优的耐摩擦磨损性能,在磨损过程中涂层材料未发生明显的块状脱落现象...     

热喷涂技术的新发展

在过去的几年里，热喷涂技术在喷涂工艺、喷涂材料、涂层质量监控等方面都有很大发展，喷涂层应用领域也进一部扩大。其主要标志为新三阴极等离子喷涂系统、微等离子喷涂工艺、冷喷工艺的开发和应用，高速火焰喷涂工艺的进一步改进和完善，亚微米及纳米结构等新型喷涂材料的开发，喷涂粒子和基体诊断分析系统的开发和应用以及喷涂层在汽车发动机上的应用。     

The influence of process parameters and heat treatment on the properties of cold sprayed silver coatings

Cold spray coating technology is a promising low temperature variant of thermal spray technology which can deposit pure, dense and thick coatings at a rapid rate. Unlike the other thermal spray coating techniques, cold spray is especially suitable for depositing coatings with high electrical and thermal conductivity as the integrity of the feedstock is maintained during the coating process. In the present study, the effect of process parameters and heat treatment on the properties of silver coatings has been investigated. An attempt has been made to correlate the powder particle velocity with the properties and microstructure of the coating. The effect of heat treatment temperature and atmosphere on the properties of the coatings, especially electrical conductivity, has been studied in detail in conjunction with a thorough analysis of the evolution of microstructure of the coatings.     

热喷涂技术制备铝涂层及其在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性的研究现状

铝是一种应用十分广泛的耐腐蚀材料,热喷涂技术作为表面工程领域的重要技术之一,在钢铁材料表面喷涂铝涂层,能够对钢铁材料起到很好的耐腐蚀保护作用,延长钢铁的使用寿命,减少对钢材的维护与保养。目前通常采用火焰喷涂技术、电弧喷涂技术和冷喷涂技术制备铝涂层,对此三种热喷涂技术制备铝涂层的涂层特点和耐腐蚀性能进行综述。系统归纳了这三种热喷涂技术的热源温度、粒子飞行速度和喷涂距离对形成涂层特点的影响机制,以及铝涂层在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀机理,揭示出铝涂层内部孔隙是影响其耐腐蚀性能的最主要因素,孔隙含量可由孔隙率表示,并指出随着孔隙率的增大,其耐腐蚀性能降低。但是并未详细指出涂层内部孔隙的含量和形状大小对涂层耐腐蚀性能的影响,因此通过进一步优化热喷涂技术制备铝涂层的工艺,研究不同孔隙含量的铝涂层和不同形状大小孔隙的铝涂层在实际服役工况下的具体耐腐蚀程度,对今后热喷涂铝涂层的实际应用具有重要的科学意义,是今后的重点研究方向之一。     

冷喷涂技术制备Al基复合材料涂层研究进展

首先对冷喷涂铝基复合材料涂层的装备开发现状进行了总结,通过对比低压、中高压、真空、激光辅助、原位喷丸辅助冷喷涂技术的优缺点,指出现有冷喷涂装备对制备铝基复合材料的适用性。其次,通过总结冷喷涂技术在制备铝基金属间化合物、铝基陶瓷、铝基石墨烯等复合材料涂层方面的研究现状,证明冷喷涂技术在各类型铝基复合材料制备方面的优势和可行性。最后,对热处理、搅拌摩擦、热等静压和激光重熔等冷喷涂制备涂层的常用后处理方法进行了分析,阐述合理的后处理策略对提升冷喷涂铝基复合材料性能方面的重要意义。总之,专用冷喷涂装备开发、复合材料结构设计和后处理策略的体系化研究,是推动冷喷涂技术应用于金属基复合材料开发的关键。