冷噴涂技術是一種基于高速粒子固態沉積的涂層制備方法。它的中文別稱有很多:超音速冷噴涂、氣體動力噴涂、冷噴、冷氣動力噴涂、快速噴涂、運動金屬化、動力噴涂和動力金屬化等等。其基本概況是:
1、原理
以高壓氣體作為加速介質,送入噴槍,同時噴涂粉末經送粉氣體送入噴槍,經特殊設計的噴嘴加速,形成超音速氣-固兩相流,噴涂粒子在固態下碰撞基體,經過劇烈的塑形變形而沉積形成涂層。在這一過程中,加速氣體通常進行預熱到低于噴涂材料熔點的溫度以提高粒子速度與變形能力,進而提高沉積效率。
2、優點
不同于傳統熱噴涂技術固有的熔化-凝固過程,冷噴涂過程中金屬顆粒的氧化、分解、相變、晶粒長大等缺陷得到避免,在制備新型涂層材料如納米、非晶等溫度敏感材料涂層方面具有明顯優勢;并且粒子速度高,使得冷噴涂涂層更為致密,且涂層內部為殘余壓應力,有利于制備厚涂層。
3、應用范圍
目前為止,冷噴涂已能沉積大部分金屬基其合金(Cu、Ti、Ti-6Al-4V、MCrAlY等),以及復合涂層,如金屬-金屬(Al-Zn、W-Cu等)、金屬-陶瓷(Al/Ni/Cu-Al2O3、Al-SiC等)、金屬-金屬間化合物(Al-Mg17Al12、Al-FeSiBNbCu等)、非晶(NiTiZrSiSn等)、納米結構涂層(nano-Al、Ni、Cu等),甚至金屬陶瓷(WC-Co,Cr3C2-NiCr等)。
4、延伸發展
由于冷噴涂低溫的工藝特點,對噴涂材料無明顯熱影響,對基體的熱影響也非常小,因而可作為近凈成形技術,直接噴涂制備塊材或零部件。冷噴涂應用于增材制造,相較于激光3D打印技術,具有工藝溫度低、對材料熱影響小、設備簡單、成本低廉的優勢。此外,冷噴涂在裝備修復再制造領域也具有廣泛的前景,配合便攜式冷噴涂設備,可實現失效部件的現場快速修復。
概括之,冷噴涂是一種新型固態涂層制備方法,在制備高性能金屬或金屬基復合材涂層方面表現出突出的優勢。冷噴涂有望用于金屬構件的近凈成形或增材制造,同時也是一種新型的修復技術。