国内外冷喷涂技术现状

07月24日 17:19 42

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俄罗斯是最早提出冷喷涂概念的国家,并进行了相关理论和实验研究,申请了专利。他们建立了二维气体的动态模型;探讨了气体流量、热量和动量转移到颗粒的过程;考察了颗粒撞击和变形行为;分析了涂层显微组织结构特点;尝试了多种金属材料涂层的制备;进行了相关的应用研究。同时开发了多种低成本的冷喷涂系统,如Rus Sonic、Tev Tech、Dymet等。

在美国,主要的研究单位有Sandia国家实验室、Pennsylvania大学和ASB工业公司等。早期由Papyrin 引人的冷喷涂技术主要是在企业联合体(CRADA)资助下进行研究开发的,政府资助相对较少。后来,ASB Industries又组织NASA GRC、Pratt &Whitney以及很多航空企业进行了航空航天领域中的应用研究。

目前,ASB Industries已经成功地将冷喷涂技术推广到实际工程的应用中,仅在航空航天工业领域就有数项实际应用,并且大多数都拥有专利。另外,美国材料学会热喷涂专业委员会( ASMTSS)也成功举办了3次冷喷涂专题会议。美国Inovati公司也推出了动能金属化( KINETIC METALLIZATION) 系统(KMCDS系列),该系统的主要特点是通过特殊设计的直通喷嘴,采用低压(<1MPa) He实现金属陶瓷(如WC-Co)涂层的制备。

加拿大国家研究理事会( NRC)的Christian Moreau博士将冷喷涂技术结合到热喷涂设备中,在进行一些特征性实验的同时组建了工业协作团队开发其在航空航天领域的应用。温莎大学的Roman Maev自主开发了低成本的冷喷涂系统,比较适合制备MMC (Metalle Matrix Composite,金属基复合材料)涂层。Daimler Chrysler公司则将研究主要集中在开发汽车用防腐涂层上。目前,有一些设备已经商品化。

德国有很多研究机构从事冷喷涂研究,包括德国联邦武装大学、汉堡大学、欧洲航空航天研究所(EADS)、Ottobrunn 公司(和亚琛工业大学合作)、Linde 公司、慕尼黑CGT公司(ColdGas Technology)。德国联邦武装大学和汉堡大学组建了一个十几位科学家的团队,进行了冷喷涂技术各个方面的研究,包括理论、建模、设计开发喷嘴、涂层的制备和表征、开发涂层的应用等。另外,德国联邦武装大学在与Linde Gas公司等合作,成立了冷气技术公司(Cold Gas Technology, CGT),出售商品化冷喷涂系统。如早期开发的Kinetic-3000 型计算机控制冷喷涂系统,已在国际上得到认可。此后CGT公司又推出了改进的Kinetic-4000型冷喷涂系统,该系统一方面可以实现送粉气体的预热,提高颗粒的温度与变形能力,从而进一步提高涂层质量,提高生产效率;另一方面可实现难喷涂材料、(如金属陶瓷)的涂层制备。

法国的原子能委员会和巴黎矿业大学在政府的资助下从事冷喷涂的研究,同时装备了CGT的冷喷涂系统以满足商业生产需求。2006年,在巴黎矿业大学成立了一个冷喷涂俱乐部(Cold Spray Club),每年召开研讨会,交流冷喷涂技术的研究与应用进展。法国Lermps实验室基于喷嘴优化设计开发出的内孔冷喷涂系统,也可以制备出高质量涂层。

英国Yazaki汽车配件公司是世界上最先开始冷喷涂应用研发的单位之一,他们已经开发了铜线束在汽车电子上的应用;诺丁汉大学有一个大型的冷喷涂项目;Oxygen 公司和剑桥大学合作研究氦气的回收再利用,已经在剑桥大学设计并建造了一个冷喷涂系统。William 0' Neil研究小组得到了一大笔经费支持,研究冷喷涂在近净成形和工具制造中的应用。

在亚洲及太平洋地区,澳大利亚的科学理事会和工业研究组织(CSIRO)建立了一个装备精良的冷喷涂实验室,并为澳大利亚企业提供这一技术的最前沿应用。该团队建立于2003年,由Mahnaz Jahedi博士任技术领导,装备了一台德国CGT公司的Kinetic-3000型冷喷涂系统。

韩国也在政府资助下成立了冷喷涂国家实验室。韩国TaekwangTechnology有限公司通过改进Kinetic-3000系统,推出了DPD-2004计算机控制冷喷涂系统,该系统加入了送粉气的加热器,从而实现了难喷涂材料(如WC-Co)涂层的制备。目前汉阳大学已经有多篇关于冷喷涂制备非晶合金涂层的报道。

在日本,Shinshu 大学最早开展了冷喷涂技术研究,相关工作包括理论和实验两个方面;接着,国立材料科学研究所等单位也加人到研究队伍中;2004年,成立了由大学、研究机构、工业部门共同组成的协会组织致力于冷喷涂技术研发;一 些企业如Toyota汽车和Nippon钢铁已经协商装备冷喷涂设备进行工业化应用,目前已经将冷喷涂高性能导电涂层应用于电子工业。

近几年来,国内一些大学和科研机构也对冷喷涂技术进行了深入的研究,并取得了一定的成果。国内较早从事冷喷涂技术研究的机构主要有西安交通大学、中科院金属研究所、大连理工大学。其他一些机构也开始从事冷喷涂技术的研究与开发工作,如宝山钢铁股份有限公司技术中心前沿技术研究所、哈尔滨焊接研究所、七二五所(青岛)、北京科技大学、沈阳工业大学、重庆大学、中国海洋大学等。研究内容覆盖了气流模拟、工艺及装备优化、结合机理、新型涂层材料研制、应用领域拓展等众多方面。

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