冷气动力喷涂技术制备涂层的研究进展.doc

冷气动力喷涂技术制备涂层的研究进展 ? 1OO?材料导报2008年5月第22卷第5期 冷气动力喷涂技术制备涂层的研究进展 关乐丁,严彪,龙玲,杨沙 (同济大学材料科学与工程学院金属功能材料研究所,上海市金属功能材料重点实验室,上海200092) 摘要冷气动力喷涂技术是在室温或有限加热的温度下利用高压气体产生高速气流喷涂金属,合金以及复合 涂层的新兴表面工程技术.综述了国内外冷喷涂领域的研究现状,总结了冷喷涂技术制备纯金属涂层,合金涂层以 及复合涂层的研究进展,尤其是制备纳米结构涂层的必威体育精装版成果,主要包括纳米涂层的结构,性能,特点及应用. 关键词冷气动力喷涂制备涂层结构性能 ResearchDevelopmentsofPreparingCoatingsbyColdGasDynamicSpraying GUANLeding,YANBiao,LONGLing,YANGSha (ShanghaiKeyLaboratoryofDamp;AforMetal-functionalMaterials,InstituteforMetal-basedMaterialsResearch, SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Ton~iUniversity,Shanghai200092) AbstractColdgasdynamicspraying(CGDS)isonekindofnovelsurfaceengineeringtechnologiestoproduce sprayingdiversifiedmetal,alloyandcompositecoatingsbyhigh-speedgascurrentunderroomtemperatureorwitha littleheated.ThepaperreviewsthecurrentsituationofresearchesonCGDStechnology,andsummariesitsdevelop- mentsinpreparingpuremetal,alloyaswellascompositecoatings,especiallytherecentprogressinpreparingnano— crystallinecoatings,mainlyincludingtheirmicrostructure,properties,characteristicsandapplications. Keywordscoldgasdynamicspraying(CGDS),preparation,coating,structure,property 0前言 冷气动力喷涂(CGDS,简称为冷喷涂)技术发明于2O世纪 8O年代,是近2O年来新兴发展起来的一门表面工程新技术. 冷喷涂技术是针对热喷涂存在的氧化,气化,熔化,晶化,气体分 解等负面效应而提出的一种新兴材料改性技术,是喷涂领域中 新的发展动向[1].Alkimov等利用该技术在不同的基体上成功 沉积出纯金属,合金以及复合涂层,并于1994年取得美国专利, 1995年取得欧洲专利.自1995年以来每年举办的国际热喷涂 会议(ASM)中有关冷喷涂领域的学术论文逐年增加,冷喷涂技 术已经成为国际喷涂技术领域的研究热点之一[2]. 纳米粉末颗粒本身较小,在性能上与固体完全不同,展现出 许多优于本体结构的新的特有性质.近年来,纳米涂层制备引起 了人们的兴趣.由于晶粒尺寸效应和大量晶界的存在,纳米涂层 具有比传统涂层更优良的性能[3].表面纳米晶可以使材料表面 (和整体)的机械和化学性能得到不同程度的改善[4].用传统的 喷涂方法会引起其成分,性能与结构的变化;而用冷喷涂可保留 其基本的结构和性质,便纳米涂层的喷涂得以实现. 本文简要综述了冷喷涂技术的研究现状,以及冷喷涂在制 备纯金属,合金以及复合涂层尤其是纳米结构涂层方面的进 展,包括纳米涂层的显微结构,性能,特点及应用等. 1冷气动力喷涂 1.1冷气动力喷涂技术 冷喷涂技术是基于空气动力学原理的一项喷涂技术.其 原理是在常温或较低的温度(不足以改变粉末的晶相)下,利用 高压气体(Nz,He,混合气体或空气等)携带粉末颗粒从轴向进 入缩放喷嘴中,产生超音速(3001200m/s)气一固双相流,粉末 颗粒(O.O1～5Om)经喷枪加速后在完全固态下撞击基体,通过 产生较大的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层.使用He高 压气体比N2的加速效果好,但是成本较高.为了增加气流速 度,提高粒子速度,还可以将加速气体预热后送人喷枪,通常预 热温度小于600℃. 冷喷涂较之热喷吐工艺有以下主要优势:(1)没有过多的热 量传递到工件表面,从而克服了基体工件的高温变形;(2)所形