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冷噴涂涂層應(yīng)用

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2020-08-28 16:19

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冷噴涂涂層應(yīng)用

由于冷噴涂過(guò)程中粒子溫度較低,粉末不易發(fā)生氧化相變現(xiàn)象,形成涂層的組織結(jié)構(gòu)與噴涂前粉末相比基本上無(wú)變化,因此冷噴涂中可使用各種粉末,如純金屬粉末、合金粉末、復(fù)合涂層,可以產(chǎn)生不同性能的涂層。目前可以沉積的金屬有Al、Zn、Cu、Ti、Ag等,高熔點(diǎn)金屬M(fèi)o、Ta等,合金有NiCr、MCrAlY等,復(fù)合涂層有Zn-Al、Al-Al2O3等。冷噴涂技術(shù)避免了高溫對(duì)基體和涂層的不利影響,使該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

冷噴涂技術(shù)的設(shè)計(jì)與研究正向工業(yè)化應(yīng)用的方向轉(zhuǎn)化,利用冷噴涂技術(shù)可制備保護(hù)性涂層(耐腐蝕涂層、耐高溫涂層、耐磨涂層等)。董彩常等采用冷噴涂工藝在Q235鋼基體上制備鋁涂層,形成的鋁涂層表面非常致密,孔隙率較低,交流阻抗譜和動(dòng)電位極化曲線(xiàn)分析表明,鋁涂層的腐蝕產(chǎn)物較致密的積聚在涂層表面,阻礙了腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散,對(duì)降低涂層的腐蝕速度發(fā)揮很有效的作用;中性鹽霧試驗(yàn)表明,冷噴涂涂層的腐蝕速度能夠快速降低,可為鋼基體提供有效的陰極保護(hù)。趙恵等用冷噴涂的方法在鎂合金AK63上沉積鋅鋁合金AZ20涂層,研究結(jié)果表明,涂層與基體之間結(jié)合較致密,涂層硬度是基體的3倍,冷噴涂后的鎂合金具有比基體更好的耐磨性,

鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明,AZ20冷噴涂涂層具有比鎂合金基體更好的耐蝕性,對(duì)基體能夠進(jìn)行有效地保護(hù)。制備功能性涂層(非晶涂層、復(fù)合材料涂層等)。李海祥等在碳鋼基體上用冷噴涂的方法制備Zn-50Al復(fù)合涂層,涂層的孔隙率較低,約為1.7%,電化學(xué)試驗(yàn)表明,Zn-50Al涂層的自腐蝕速率較低,腐蝕電位較為穩(wěn)定,100 h后穩(wěn)定在-0.990 V左右,涂層具有較好的耐蝕性,能夠有效地保護(hù)鋼基體,提高其使用壽命。

制備納米涂層。冷噴涂技術(shù)溫度低的特點(diǎn)決定了其適合于制備納米結(jié)構(gòu)涂層。李長(zhǎng)久等采用納米結(jié)構(gòu)WC-12Co通過(guò)冷噴涂方法成功制備了納米結(jié)構(gòu)WC-Co涂層,涂層組織致密,熱噴涂粉末中的納米結(jié)構(gòu)在冷噴涂過(guò)程中完全移植到了涂層。涂層的平均維氏硬度為1 869 HV0.3,顯著高于熱噴涂納米結(jié)構(gòu)WC-Co涂層的硬度。研究還表明,疏松多孔的粉末適合于冷噴涂制備WC-Co涂層,因?yàn)槭杷啥嗫椎慕Y(jié)構(gòu)促進(jìn)了粉末擬變形的發(fā)生。觀察熱處理后的WC-Co涂層斷面形貌,壓痕周?chē)闯霈F(xiàn)塌陷現(xiàn)象,也未出現(xiàn)裂紋,說(shuō)明熱處理過(guò)程可以顯著改善涂層粒子間的結(jié)合和涂層韌性。

在航空航天領(lǐng)域該技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用,利用冷噴涂技術(shù)來(lái)制備航空航天器發(fā)動(dòng)機(jī)特殊保護(hù)涂層,制備航空航天武器的特殊功能涂層,通過(guò)噴涂成形可以直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)及形狀的航空航天部件。

對(duì)于其它應(yīng)用，冷噴涂?jī)H是唯一的可行性解決方案，特別是在非傳統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越多。在環(huán)境以及健康和安全法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格時(shí)，人們對(duì)冷噴涂的興趣已經(jīng)以一種潛在的更綠色的替代方案在增長(zhǎng)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)冷噴涂應(yīng)用將繼續(xù)擴(kuò)展到更多的非傳統(tǒng)應(yīng)用中，例如光電、風(fēng)能、醫(yī)療和建筑領(lǐng)域。在光電應(yīng)用中，冷噴涂可以用于復(fù)雜的傳導(dǎo)型太陽(yáng)能電池制造。風(fēng)能發(fā)電可以利用冷噴涂加強(qiáng)高級(jí)聚合物矩陣合成物制造的元件的表面性能。在醫(yī)療領(lǐng)域，冷噴涂已經(jīng)可以將一種有名的生物相容材料羥磷灰石 (HAP) 有效地噴涂到大量的基板上，但同時(shí)不會(huì)影響HAP的完整性。建筑師可以利用冷噴涂在任何金屬或陶瓷基板上創(chuàng)造無(wú)限美觀的金屬圖案。

納米技術(shù)和智能結(jié)構(gòu)。一些非傳統(tǒng)應(yīng)用包括使用高級(jí)材料，例如納米結(jié)構(gòu)和無(wú)定形材料。在納米結(jié)構(gòu)材料中，其微粒尺寸極小，具有極端斷裂韌度的同時(shí)可以維持材料高強(qiáng)度等機(jī)械優(yōu)勢(shì)。納米結(jié)晶對(duì)于工藝溫度極其敏感，可以有效使用冷噴涂，不會(huì)影響有益的微結(jié)構(gòu)。

由于沉積溫度低，冷噴涂可以在表面嵌入微傳感器及其功能涂層，以形成智能結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以提供與材料性能或環(huán)境條件相關(guān)的實(shí)時(shí)信息。許多新興企業(yè)正聚焦于為橋梁、電網(wǎng)、風(fēng)力渦輪機(jī)、飛機(jī)、汽車(chē)、輪船、管道和施工設(shè)備提供感應(yīng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和預(yù)分析解決方案。冷噴涂的未來(lái)有賴(lài)于將高級(jí)材料沉積到各種基板的同時(shí)將熱量損失和成本將至最低。這是定義這種技術(shù)的未來(lái)方向和機(jī)遇的基石。

材料-設(shè)備-工藝-解決方案
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冷噴涂的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

冷噴涂技術(shù)原理

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