摘要：在冷喷涂(CS)的沉积过程中,颗粒间结合强度较弱,涂层内普遍存在孔隙和颗粒间边界等缺陷。为研究这些缺陷的形成机制,在不同载流温度下,制备了3种不同粒度分布的Ti金属涂层;根据试验参数,建立随机多颗粒沉积的Coupled Euler-Lagrange(CEL)模型,计算获得了颗粒沉积后的变形情况及涂层内部的孔隙分布规律。结果表明,数值模拟和试验结果吻合良好。碰撞作用导致颗粒的累积呈现方向性,随着速度提高,颗粒的变形增大且内层颗粒受速度影响比外层颗粒更大。在相同参数下,大粒径颗粒沉积获得孔隙尺寸更大,孔隙率更高。在低速情况下,涂层内部的孔隙会相互连通形成孔簇,而随着临界速度比增大,孔隙率降低。

摘要：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。

摘要：防腐性能较好的铝基涂层存在耐磨性不足的问题。本文设计了Ni粉和Cr粉复合沉积的方法来改善涂层的耐磨性。采用低压冷喷涂技术,制备了一系列Cr含量不同的Al-Ni-xCr复合涂层。通过金相、扫描电镜及X射线衍射等方法分析了复合涂层的微观形貌和成分。采用显微硬度计和磨损仪测试了涂层的显微硬度和磨损曲线,结合磨痕形貌分析了复合涂层的磨损机理。研究得出:低压冷喷涂可实现Al、Cr、Ni三种金属粉的共沉积,并获得致密、均匀的Al-Ni-xCr复合涂层。枝晶状Ni粉沉积率较高,Cr粉沉积率较低。含70 wt.%Cr的混粉涂层中,Cr含量约为31 wt.%。硬质颗粒Cr同时起到夯实涂层的作用,随着Cr含量增加,Al-Ni-xCr复合涂层的致密性提高。Al-Ni-xCr复合涂层的耐磨性能主要来自于Cr而非Ni,且与Cr含量有关。Al-Ni-70Cr复合涂层耐磨性最佳,磨损率仅为Al涂层的1/2。其优异的耐磨性归因于摩擦界面形成了稳定的、较硬的、含Cr量较高的复合氧化膜,抑制了磨损过程。

摘要：高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域获得广泛关注。以粉末低温高速碰撞沉积过程为主线,凝练现有冷喷涂和低温超音速火焰喷涂两种具体工艺的共性特征,阐明喷涂气流与粉末颗粒的气固两相交互作用规律,分析出合理调控颗粒温度和速度是改善沉积体性能的关键。其次分析高速低温喷涂设备系统的构成,详细讨论各核心部件的结构设计策略及对气固流动行为的影响,总结出通过调整工艺参数与喷枪结构,可以实现颗粒温度和速度的按需控制。最后,对高速低温喷涂工艺及设备系统发展目前尚存的关键问题进行展望。总结如何通过喷涂参数与装置设计,最终达成调控沉积体性能的目的,有助于深入理解高速低温喷涂的沉积机理,对研制高性能的喷涂设备系统具有参考意义。

摘要：铜基复合涂层因其良好的导热、导电、耐腐蚀与耐磨损性能在轨道交通、海洋船舶及冶金化工等领域获得了广泛应用。粉末冶金、热喷涂及电镀等主要涂层制备技术存在制备温度高、基底热损伤严重及涂层内应力高等缺点,这严重限制了铜基复合涂层的发展与性能提升;而冷喷涂技术能克服以上缺点,可为具有良好力学与摩擦学性能铜基复合涂层的制备与应用提供新思路。然而,目前冷喷涂涂层制备过程中存在的硬质颗粒增强相与无机润滑相难沉积及其与基体间较弱的界面结合等问题,这些问题会对具有良好力学与摩擦学性能冷喷涂铜基复合涂层的设计与制备产生不利影响。因此,如何实现具有高致密度、低磨损与耐腐蚀冷喷涂铜基复合涂层的组分、结构设计与制备,将成为今后冷喷涂铜基复合涂层摩擦学性能研究的热点与难点。在研究冷喷涂铜基复合涂层制备及其摩擦学性能的过程中,研究人员通过金属包覆粉末与机械球磨等方法实现了硬质颗粒与无机固体润滑剂粉末在涂层基体中的有效沉积。此外,热处理、激光重熔及搅拌摩擦焊等涂层后处理工艺对改善冷喷涂铜基复合涂层的塑性及其内部颗粒的界面结合起到了积极作用,有望实现冷喷涂铜基复合涂层微观结构、力学性能与摩擦学性能的协同优化。本文综述了冷喷涂铜基复合涂层的摩擦学性能的研究现状及发展前景,总结了冷喷涂技术及其涂层沉积原理、冷喷涂铜基复合涂层摩擦学性能的研究进展及涂层后处理工艺等对涂层结构与性能的影响,以期为相关摩擦磨损的冷喷涂铜基复合涂层的设计、制备与应用提供参考。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：目的冷喷涂过程中喷嘴内流道关键尺寸是影响粒子加速的重要因素。虽然喷嘴下游长度与扩张比是喷嘴的2个最重要参量,但目前对喷嘴优化设计的研究仍有深入空间,比如喷嘴下游形状。方法本文利用计算流体动力学的软件ANSYS/Fluent进行数值模拟研究,在与传统锥形下游相比较后,设计了钟形下游与喇叭形下游喷嘴。同时研究了喷嘴下游形状对气流与粒子加速行为的影响。结果对于钟形下游喷嘴,其气流速度在过喉部后迅速增加到较高数值,随后变化缓慢;对于喇叭形下游喷嘴,其气流速度在过喉部后先增加缓慢,直至截面积开始快速增加时,气流速度迅速增加;喷嘴下游形状对粒子撞击基板时的速度有一定影响,且随着喷嘴下游长度和粉末粒度的变化而改变。对于Cu粉,当为下游100 mm短喷嘴时,锥形下游喷嘴对10~20μm的粒子加速效果最好。当粉末在20μm以上时,喇叭形下游喷嘴的加速效果最好。对于下游220 mm长喷嘴,钟形下游喷嘴对10~30μm的粒子加速效果最好。当粉末在30μm以上时,锥形下游喷嘴的加速效果最好。对于Al粉,当为下游220 mm长喷嘴时,钟形下游喷嘴对10~50μm的粒子加速效果最好,喇叭形下游喷嘴加速效果最差。结论冷喷涂喷嘴下游形状对气体与粒子加速有显著的影响。

摘要：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。

摘要：为了缩短冷喷涂设备的研发周期和降低设计的复杂性,采用数值模拟技术分析冷喷涂加热过程中空气的换热特性.通过计算流体力学(CFD)软件Star-CCM+,分析了输入功率、加热器电阻元件结构和气体流量等因素对气体出口温度的影响.结果表明:管内气体的速度不会发生较大的变化,整个加热器可以达到一个稳定的温度场分布,加热管的温度和气体最高温度间存在较大的温度差.合适的结构设计可提升换热效率、降低气体和螺旋管间的温度差、提高加热器的工作温度.将螺旋管的中心距增大,可以提升气体的湍流度,提升换热效率;螺旋管间距缩小才能增加出口的温度.螺旋管的直径为8～12 mm时为宜,过大过小都会导致换热效率降低.