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冷喷涂专栏
所新坤

20世纪80年代,原苏联科学院西伯利亚分院理论和应用机械研究所发现冷喷涂颗粒结合现象,并于1990年首次提出冷喷涂概念。20世纪90年代末,冷喷涂技术进入我国,并自此走上了快速发展的道路。与热喷涂、激光等热工艺不同,冷喷涂过程中金属的氧化、分解、相变、晶粒长大得到有效控制,在制备纳米、非晶等新型材料和温度敏感材料方面具有明显优势。同时,冷喷涂制备的材料更为致密,部分冷喷金属材料的综合力学性能可达锻件水平。目前,冷喷涂技术已能够沉积金属及其合金、金属间化合物、金属陶瓷复合材料、纳米材料、非晶合金和高熵合金,技术领域涉及涂层、近净成形和增材制造,应用领域涵盖核工业、航空航天、电力电子、海工装备、医疗器械、汽车工业、工程机械。

近年来,冷喷涂的蓬勃发展得到了社会各界的广泛关注,为进一步推动冷喷涂技术的发展和应用,《材料保护》特开辟“冷喷涂”专栏,诚挚邀请了在冷喷涂领域有所成就的部分专家学者撰稿,重点推介我国在该领域的研究进展。我们期待这些举措能为冷喷涂研究人员和企业从业人员提供更好的交流平台,推动冷喷涂技术产学研用融合创新,引领相关产业高质量发展,也希望能为产业发展抛砖引玉,期待并热诚欢迎行业从业专家及工程技术人员进一步深入探讨和继续赐稿交流。

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  • 冷喷涂专栏
    杨景文, 李文亚, 邢词皓, 殷硕
    材料保护. 2022, 55(1): 58-70. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0007
    冷喷涂技术自其发现,就在制备致密金属涂层方面表现出突出的优势,但有时候涂层性能并不能满足工业需要。鉴于此,以被广泛关注的纯铜为例,主要综述了近年来国内外冷喷涂铜涂层的工艺与性能特征,讨论了4种后处理工艺对冷喷涂铜涂层组织及性能的影响,并给出了冷喷涂铜涂层在主要领域的应用,最后对冷喷涂制备纯铜仍然存在的难题与解决策略进行了分析展望。
  • 冷喷涂专栏
    杨理京, 付树仁, 王少鹏, 王 培, 翁子清
    材料保护. 2022, 55(1): 71-77. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0008
    目前,对低压冷喷涂Al - Al2O3复合涂层的研究主要集中在工艺和性能方面,对颗粒的沉积特性和机理的研究较少。为此,利用低压冷喷涂技术沉积Al - Al2O3复合涂层,研究了不同载气温度对复合涂层沉积特性的影响规律,采用扫描电镜(SEM)、三维轮廓仪对复合涂层的厚度、表面形貌、显微组织进行了分析。结果表明:不同载气温度(300,400,500,600 ℃)制备的Al - Al2O3复合涂层厚度依次为213.34,321.62,920.64,986.97 μm,复合涂层厚度随载气温度升高而增加,尤其当冷喷涂载气温度由400 ℃变为500 ℃时,沉积层厚度增幅达186.25%;复合涂层表面最大高度差Hmax和粗糙度Ra随载气温度升高呈增加趋势,载气温度为400 ℃时复合涂层表面质量最优,当载气温度由400 ℃变为500 ℃时HmaxRa增幅最大,分别为72.68%和52.22%,随载气温度的升高复合涂层表面质量下降;复合涂层中形变Al颗粒的扁平率随载气温度升高呈下降趋势,复合涂层中Al颗粒由塑性变形量较大的扁平状(300 ℃)逐渐变为塑性变形量较小的椭球形(600 ℃),随载气温度升高Al - Al2O3涂层的沉积率突增和颗粒扁平率下降归因于Al颗粒的热软化效应。
  • 冷喷涂专栏
    孙澄川, 周香林, 卢 静, 林建鹏
    材料保护. 2022, 55(1): 78-85. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0009
    综述了近年来冷喷涂制备非晶合金涂层的现状,总结了喷涂工艺参数对铁基、铝基、铜基及镍基等非晶合金涂层制备的影响,详细阐述了涂层晶化及沉积机制,并在冷喷涂涂层硬度、耐磨及防腐性能等方面进行了归纳,最后对冷喷涂技术在非晶合金制备的发展趋势进行了展望。
  • 冷喷涂专栏
    许康威, 雒晓涛, 武笑宇, 谢述锋, 黄 磊, 苏 摇, 田佳佳
    材料保护. 2022, 55(1): 86-94. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0010
    冷喷涂作为一种低温固态成型技术,具有基材热影响小、粉末材料不易氧化、沉积效率高等特点,可用于金属防护涂层制备、零部件修复和增材制造。首先从冷喷涂系统、喷涂材料、喷涂工艺3个方面介绍了冷喷涂技术的特点;其次总结了近年来冷喷涂技术在粉末材料设计、涂层结合机理、组织结构与性能调控方面的研究进展;然后,详述了冷喷涂技术在国外海军舰船领域的应用情况;最后,简述了冷喷涂技术在我国海军舰船领域的研究及应用情况,并对其未来发展方向进行了展望,以期提高我国海军舰船装备腐蚀防护及维修保障能力。
  • 冷喷涂专栏
    刘晗珲, 任宇鹏, 李铁藩, 崔新宇, 王吉强, 熊天英
    材料保护. 2022, 55(1): 1-21. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0001
    冷喷涂沉积层中的孔隙率反映了喷涂颗粒的变形程度及它们之间的结合程度,对沉积层的硬度、弹性模量、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能和疲劳性能等均有一定影响。沉积层孔隙率对评价沉积层综合性能、优化冷喷涂工艺等均有着重要的意义,是衡量沉积层质量的重要指标之一。目前已有多篇文章系统介绍了冷喷涂工艺对沉积层性能的影响,但鲜有关于冷喷涂沉积层中孔隙及其控制措施的综述性报道。为此,在参阅了大量文献的基础上,系统阐述了冷喷涂沉积层中孔隙的形成及其检测方法和影响因素,并总结了孔隙率对沉积层性能的影响及降低沉积层孔隙率的措施。
  • 冷喷涂专栏
    李海升, 刘坤, 李文亚, 吴东, 颜华
    材料保护. 2022, 55(1): 22-26. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0002
    为推动冷喷涂技术在航空防护涂层领域的应用,采用氮气冷喷涂技术在TC4钛合金表面制备了CuNiIn涂层,使用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和微动磨损试验机对涂层宏/微观组织、显微硬度及微动磨损性能进行了分析。结果表明:越靠近基体,涂层致密性越好,整体涂层孔隙率约为2.8%,涂层微观组织较粉末原始组织有一定细化;涂层硬度值自基体向表面沿厚度方向有增大的趋势,靠近基体一侧硬度平均值为274 HV2 N,靠近表面的涂层硬度稳定在300 HV2 N左右;微动位移较小时,涂层失效机制主要是黏着磨损,磨损形貌为椭圆形,微动位移较大时,以磨粒磨损为主,磨损形貌接近圆形。
  • 冷喷涂专栏
    王琳, 王晓霞, 王欣, 吴洪义, 蹇华, 所新坤
    材料保护. 2022, 55(1): 27-23. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0003
    腐蚀和生物污损是海工装备长效服役面临的主要问题,也是海工装备防护的重点和难点。为此,提出了采用低成本水热法制备铝/银纳米线复合颗粒、利用冷喷涂的低温特性制备铝/银纳米线复合涂层的新思路,通过复合涂层成分和结构设计,构筑了致密的复合涂层;分别采用人造海水溶液和革兰氏阳性枯草芽孢杆菌评估了复合涂层的耐蚀和防污性能。结果表明,复合涂层的耐蚀性能与冷喷铝涂层接近,杀菌率为本研究为海洋耐蚀防污涂层制备提供了新的思路
  • 冷喷涂专栏
    张文正, 雒晓涛, 刘 桥, 李长久
    材料保护. 2022, 55(1): 34-43. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0004
    原位微锻造冷喷涂技术是一种通过在喷涂粉末中混入大尺寸喷丸颗粒,借助喷丸颗粒对已沉积涂层的锤击效应实现喷涂沉积层的原位致密化,同时提高沉积体的自身强度和与基材的结合强度的技术。为此,对原位微锻造冷喷涂技术的发展状况进行了总结。首先,对该技术工作原理进行了简要介绍,并探讨了喷丸体积分数、颗粒尺寸等参数对涂层的影响;其次,探讨了涂层微观组织的变化,包括颗粒间结合质量、塑性变形程度以及后续热处理对组织的影响;之后,总结了力学性能和腐蚀保护性能的特点;最后,指出了进一步深入研究需要关注的问题。
  • 冷喷涂专栏
    陈琴, 余敏, 葛洁洁, 陈辉
    材料保护. 2022, 55(1): 44-49. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0005
    铝合金以其轻量化特性及优异的耐腐蚀性能得到广泛应用。冷喷涂技术具有低温高速沉积的特点,是制备铝防腐涂层的有效方法。采用机械混合的方式制备了铝基 - 陶瓷相混合粉末,并通过冷喷涂在Al1060表面制备了Al5056,Al5056 - Al2O3,Al5056 - SiC,Al5056 - WC 4种涂层。通过Image - Pro Plus软件分析了涂层气孔率及陶瓷相在涂层中的含量,并采用显微硬度测试了涂层的硬度;研究陶瓷种类对复合涂层电化学性能的影响,并结合腐蚀形貌分析了涂层的耐蚀性。结果表明,陶瓷相都能有效沉积,但喷涂时陶瓷颗粒的破碎团聚会影响涂层的致密性;Al5056 和Al5056 - Al2O3 涂层同时表现出高阻抗模量,而Al5056 - Al2O3涂层的自腐蚀电流密度和腐蚀速率相比其他涂层降低了1个数量级,因而Al5056 - Al2O3涂层具有更好的耐蚀性能。
  • 冷喷涂专栏
    樊柠松, 金冰倩, 张楠楠, 谢迎春, 殷硕
    材料保护. 2022, 55(1): 50-57. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2022.0006
    高熵合金是近年来一种突破传统合金设计理念的新型多主元合金材料,在抗压强度、硬度、热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等方面具有显著优于常规金属材料的特质。冷喷涂作为一种固态沉积技术,在高性能涂层制备、零件修复与再制造和零构件增材制造等方面受到国内外的广泛关注,为高熵合金的制备提供了一种新的途径。通过分析国内外冷喷涂制备高熵合金的研究现状,重点阐述了冷喷涂高熵合金原料粉末制备、喷涂工艺参数优化、涂层显微组织结构及性能、粒子结合机制和后处理工艺等方面的进展,并对冷喷涂制备高性能高熵合金未来的研究方向提出了展望。