冷喷涂技术｜专题文章

doi: 10. 11933/ j. issn. 1007 -9289.20200530002

冷喷涂增材制造关键技术

吴洪键1,2, 李文波1, 邓春明2, 刘　敏2, 廖汉林1, 邓思豪1

(1. 贝尔福-蒙贝利亚技术大学ICB-PMDM-LERMPS 实验室, 法国 贝尔福 90000; 2. 广东省科学院新材料研究所 现代材料表面工程国家工程实验室 广东省现代表面工程技术重点实验室, 广州 510650)

摘　要:近些年来,冷喷涂技术得到快速的发展,并逐渐形成了一门新的增材制造方法。但由于目前存在的诸多技术壁垒以及居高不下的制造成本,使得冷喷涂增材制造技术尚未得到广泛的应用。文中从技术与应用的角度出发,对冷喷涂增材制造目前存在的一些关键技术问题以及未来发展的方向进行梳理与讨论,同时也提出了一些适用的解决方案。目的是为促进该技术实现更高价值的制造过程,从而推动冷喷涂增材制造技术的发展。

关键词:冷喷涂; 增材制造; 金属; 复合制造; 机器人

引用格式: 

吴洪键, 李文波, 邓春明, 等. 冷喷涂增材制造关键技术[J]. 中国表面工程, 2020, 33(4): 1-15.

WU H J, LI W B, DENG C M, et al. Key techniques of cold spray additive manufacturing [J]. China Surface Engineering, 2020,33(4): 1-15.

全文链接：

http://www.csejournal.com/zgbmgc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20200401&flag=1

doi: 10. 11933/ j. issn. 1007 -9289.20200824002

冷喷涂技术的研究进展与应用

黄仁忠1, 孙　文1, 郭双全2, 谢迎春1, 刘　敏1

(1. 广东省科学院新材料研究所 现代材料表面工程技术国家工程实验室, 广州 510650; 2. 成都航利(集团)实业有限公司, 成都 611730)

摘　要:近年来,冷喷涂技术是一门备受关注的新兴技术,冷喷涂过程中超音速金属粒子以固态形式碰撞基体后产生剧烈的塑性变形从而形成沉积。由于冷喷涂的沉积可以实现连续堆积而逐层增厚,从而使该技术从一种涂层加工技术发展成为一种快速的增材制造技术。经历了30 多年的迅猛发展,冷喷涂技术的研究方向正在从基础理论研究转变到应用开发,其中一些应用已经实现工业化量产。文中介绍了冷喷涂的技术及工程化应用特点,展示了典型冷喷涂涂层性能等基础研究以及冷喷涂涂层应用等开发方面的工作,并且重点介绍了冷喷涂技术在航空航天、能源动力、电子电力、增材制造等领域的应用研究方面所取得的一些新进展。

关键词:冷喷涂技术; 研究进展; 典型冷喷涂涂层; 工业化应用

引用格式: 

黄仁忠, 孙文, 郭双全,等. 冷喷涂技术的研究进展与应用 [J]. 中国表面工程, 2020, 33(4): 16-25.

HUANG R Z, SUN W, GUO S Q, et al. Research developments and applications of cold spray technology [J]. China Surface Engineering,2020, 33(4): 16-25.

全文链接：

http://www.csejournal.com/zgbmgc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20200402&flag=1

doi: 10. 11933/ j. issn. 1007 -9289.20200514001

真空冷喷涂技术及其在功能器件中的应用

马　凯, 李成新

(西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049)

摘　要:真空冷喷涂作为一种有潜力的新型涂层制备工艺,已引起来自多个国家研究团队的关注。超细陶瓷或金属颗粒以数百米每秒或更高速度撞击基体与累加沉积,无需高温烧结,即可在室温下制备致密或多孔的纳米结构陶瓷涂层或金属涂层。该工艺具有材料适用广泛、成分不易发生变化、可直接快速制备复合材料以及多种结构涂层的优势。尤其是在功能陶瓷领域,真空冷喷涂有希望成为以烧结为基础的传统生产工艺的替代品。文中详细阐述了真空冷喷涂工艺的原理与特点、颗粒沉积行为和典型涂层形貌,并介绍了真空冷喷涂工艺在传感器(气体、湿度和温度)、能源器件(太阳能电池、燃料电池、锂离子电池和超级电容器等)、微机电系统(MEMS)器件、表面防护、生物涂层以及金属涂层等领域的应用和最新研究进展。最后对真空冷喷涂工艺的未来研究方向和应用领域进行了展望。

关键词:真空冷喷涂; 沉积行为; 陶瓷薄膜; 致密涂层; 多孔涂层

引用格式: 

马凯, 李成新. 真空冷喷涂技术及其在功能器件中的应用[J]. 中国表面工程, 2020, 33(4): 26-50.

MA K, LI C X. Vacuum cold spray technology and its application in functional devices [J]. China Surface Engineering, 2020, 33(4): 26-50.

全文链接：

http://www.csejournal.com/zgbmgc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20200403&flag=1

doi: 10. 11933/ j. issn. 1007 -9289.20200702001

冷喷涂金属基复合涂层及材料研究进展

王吉强, 崔新宇, 熊天英

(中国科学院金属研究所 师昌绪先进材料创新中心, 沈阳 110016)

摘　要:冷喷涂是近年来一种发展十分迅速的材料固态沉积技术,其具有喷涂温度低和颗粒沉积速度高的特点,在金属基复合涂层及材料制备方面展现出了良好的应用前景。在大量文献整理和分析的基础上,对冷喷涂金属基复合涂层及材料的最新研究进展进行了系统的介绍。首先归纳了机械混合法、球磨法、包覆法以及造粒法等复合粉末的制备方法及其优缺点,为复合粉末的制备和选择提供了参考;其次,分类介绍了采用冷喷涂制备的铝基、镍基、铜基、钴基以及其他金属基复合涂层及材料;再次,分析了退火、激光、搅拌摩擦焊和热机械等后续处理方法对冷喷涂金属基复合涂层及材料组织结构和性能的影响,并介绍了不同后续处理方法的优缺点;最后,总结了冷喷涂金属基复合涂层及材料的潜在应用领域和存在问题。

关键词:冷喷涂; 复合粉末; 金属基复合涂层及材料; 后续处理

引用格式:

王吉强, 崔新宇, 熊天英. 冷喷涂金属基复合涂层及材料研究进展 [J]. 中国表面工程, 2020, 33(4): 51-67.

WANG J Q, CUI X Y, XIONG T Y. Research progress of cold sprayed metal matrix composite coatings and materials [J]. China Surface Engineering, 2020, 33(4): 51-67.

全文链接：

http://www.csejournal.com/zgbmgc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20200404&flag=1

doi: 10. 11933/ j. issn. 1007 -9289.20200707001

 冷喷涂金属的组织与性能调控

雒晓涛, 谢　天, 李长久, 李成新

(西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049)

摘　要:金属粉末颗粒低温固态成型的特点使冷喷涂在热敏感、易氧化金属材料制备方面具有显著的优势,可用于高性能涂层的制备、失效金属构件的修复和金属增材制造。获得目标性能是确保冷喷涂涂层、修复层和增材构件得以应用的前提,其主要受沉积体的显微组织影响。因此,首先介绍了冷喷涂固态颗粒高速碰撞,逐个颗粒沉积使沉积体形成的“砖墙”层状独特结构;其次,阐述了冷喷涂沉积体“砖墙”特征结构与性能,特别是力学性能之间的关系;最后,重点从粉末原材料设计、喷涂过程控制和喷涂后处理的涵盖冷喷涂全流程的3 个方面对冷喷涂金属显微组织进行调控的策略和方法进行了总结,以期为冷喷涂技术的广泛应用提供借鉴。

关键词:冷喷涂; 金属沉积体; 显微组织; 力学性能

引用格式:

雒晓涛, 谢天, 李长久, 等. 冷喷涂金属的组织与性能调控[J]. 中国表面工程, 2020, 33(4): 68-81.

LUO X T, XIE T, LI C J, et al. Microstructure and properties tailoring of cold sprayed metals [J]. China Surface Engineering,2020, 33(4): 68-81.

全文链接：

http://www.csejournal.com/zgbmgc/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20200405&flag=1

doi: 10. 11933/ j. issn. 1007 -9289.20200529001

冷喷涂过程中气固两相流动行为及喷涂工艺优化研究新进展

李文亚1, 樊柠松2, 殷　硕2

(1. 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室 陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室, 西安 710072; 2. 爱尔兰都柏林圣三一大学 机械制造及生物医学工程学院, 都柏林 D02 PN40)

摘　要:冷喷涂技术因其固态沉积特性及突出的冶金优势,在金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造与修复再制造等领域获得了国内外研究者的广泛关注。近十年来,国内外对冷喷涂技术的基础理论研究也取得了重要进展。冷喷涂粒子加速加热行为是结合机理研究的先决条件。因此,文中结合作者多年的研究经验,对冷喷涂过程中气固两相流动行为及喷涂工艺优化的最新进展进行了综述。首先,分析了冷喷涂喷嘴内外的气体流动特性;其次,讨论了冷喷涂粒子的加速与加热行为;然后,阐述了冷喷涂过程中工艺参数优化的策略;最后,给出了相关研究的发展方向。

关键词:冷喷涂; 粒子; 气固两相流动; 工艺参数; 数值模拟

引用格式: 

李文亚, 樊柠松, 殷硕. 冷喷涂过程中气固两相流动行为及喷涂工艺优化研究新进展[J]. 中国表面工程, 2020, 33(4):82-101.

LI W Y, FAN N S, YIN S. State-of-the-art of gas-solid two-phase flow behavior during cold spray and process parameters optimization [J]. China Surface Engineering, 2020, 33(4): 82-101.