冷喷涂技术的优点与缺点

07月22日 15:24 99

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如前所述,冷喷涂是种完全基于气体动力学原理的喷涂技术。颗粒加热温度低,仍然保持固态,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”引起的塑性流变或者通过剧烈塑性变形等机械过程实现在工件表面上的沉积。因此喷涂过程中颗粒不易发生氧化、烧损、相变、组织变化等现象。

涂层的残余应力主要为压应力,喷涂效率高,可制备厚涂层甚至块体材料。基于上述特点,该技术在制备、发展新型材料涂层如纳米、非晶材料等热敏感材料涂层方面具有明显优势,而且能源消耗低、材料资源可回收利用、无环境污染,是一种绿色喷涂技术。相对热喷涂方法而言,总结出冷喷涂具有如下一些优点。

1)喷涂速率高,可达3kg/h;沉积效率高,可达80%。

2)涂层的化学成分以及显微组织结构可与原材料保持一致,基本上不存在氧化、合金成分烧损、晶粒长大等现象,可以喷涂热敏感材料和活性金属及高分子材料,适用于非晶、纳米晶

涂层的制备。

3)可以用不同物理化学性质的粉末机械混合制备复合材料涂层。

4)对基体热影响小,晶粒生长速度极慢(有可能维持纳米组织结构),接近锻造组织(比传统涂层的硬度高),具有稳定的相结构和化学成分,基本不需要遮蔽,喷涂损失小,喷束宽度可调至<3mm。

5)涂层外形与基体表面形貌保持一致,可达高等级表面粗糙度,喷涂距离极短。

6)涂层的残余应力较低,且均为压应力,降低了对涂层厚度的限制。

7)冷喷涂涂层结合强度较高,可达到100MPa以上,完全能够满足航空、航天等领域强负荷和长寿命的要求。

8)涂层致密,气孔少,致密度可达98%,可制备高热导率、高电导率涂层。冷喷涂纯铜涂层的电导率为90%,火焰喷涂涂层和HVOF喷涂涂层的电导率<50%。

9)涂层氧化物含量低,冷喷涂氧化物含量(质量分数)仅为0.2%,粉末火焰喷涂的氧化物含量、HVOF喷涂氧化物含量(质量分数)分别为1.1.%和0.5%。

10)冷喷涂对环境基本无污染,喷涂飞溅的粉末可以回收再利用。

11)操作简便、安全,无热辐射。

当然,它也有如下不足之处:

1)有时需要用氦气才能制备高质量的涂层。当喷涂铁基、钢基、镍基或者高温合金时也必须使用氦气,致使费用提高。

2)颗粒有效沉积以及稳定的高质量涂层的制备很大程度上依赖于颗粒与基板材料的特性。

冷喷涂所展现的优点远远大于其不足之处,先进的氦气循环装置以及低压状态下的喷枪下游粉末注入法的出现,都表明业界根据应用需要已致力于这些缺点的改进研究。

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