冷喷涂与热喷涂的区别及最大不同点

2020-05-10 12156

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冷喷涂亦称为冷气体动力喷涂( Cold Gas Dynamic Spray,CCDS),它是以压缩气体(氮气、氦气、空气或混合气体等)作为加速介质,带动金属颗粒在固态下以极高的速度碰撞基板,使颗粒发生强烈的塑性变形而沉积形成涂层的一种新型喷涂技术,冷喷涂技术原理如图1-2所示。

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因此冷喷涂是一种完全基于气动力学原理的喷涂技术。高压气体通过熔岩缩放管加速,产生超声速流动成为加速气体(也称为工作气体),同时粉末颗粒通过送粉气体(也称为运载气体)送入高速加速气流中形成超声速气-固两相流,使颗粒在完全固态下高速撞击工件表面,通过颗粒强烈的塑性变形而沉积形成涂层。

冷喷涂与热喷涂最大的区别是颗粒加热程度不同导致其撞击工件表面之前的状态不同,冷喷涂过程中为了达到气流的速度和对颗粒的加速效果,有时也对加速气体进行预热处理,但这种预热温度较低,一般在0 ~ 600℃,粉末颗粒仍保持固体状态,而热喷涂过程中颗粒被加热到了熔融状态。由于颗粒加热程度与状态的不同,其在基板上的沉积行为和涂层形成机理也存在本质区别:热喷涂颗粒的沉积主要伴随熔滴的撞击、焊合、冷却、凝固、相变等冶金过程;冷喷涂则主要是固态颗粒在极高应力、应变和应变速率条件下通过“绝热剪切失稳”引起的塑性流变、塑性变形等机械过程。宏观上,冷喷涂高速飞行颗粒撞击基体后,是形成涂层还是对基体产生喷丸或冲蚀作用,或是对基体产生穿孔效应即有效沉积,取决于颗粒撞击基体前的速度。对于一定材料,存在一个“临界速度”,只有当颗粒速度大于该速度时,颗粒碰撞后才能沉积于基体表面形成涂层。冷喷涂与几种热喷涂技术的喷涂温度与速度比较如图1-3所示。

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冷喷涂技术的特点表现为它与热喷涂技术对颗粒加热方式、加热程度不同,使颗粒撞击工件表面之前的状态不同,进而引起颗粒沉积行为和涂层形成机制的改变,最终导致冷喷涂层独特的组织和性能。这也正体现了材料科学与工程中“制备工艺-组织-性能”三者的内在联系。