冷喷涂技术制备Al基复合材料涂层研究进展
发布时间：2021-01-26 16:03
首先对冷喷涂铝基复合材料涂层的装备开发现状进行了总结,通过对比低压、中高压、真空、激光辅助、原位喷丸辅助冷喷涂技术的优缺点,指出现有冷喷涂装备对制备铝基复合材料的适用性。其次,通过总结冷喷涂技术在制备铝基金属间化合物、铝基陶瓷、铝基石墨烯等复合材料涂层方面的研究现状,证明冷喷涂技术在各类型铝基复合材料制备方面的优势和可行性。最后,对热处理、搅拌摩擦、热等静压和激光重熔等冷喷涂制备涂层的常用后处理方法进行了分析,阐述合理的后处理策略对提升冷喷涂铝基复合材料性能方面的重要意义。总之,专用冷喷涂装备开发、复合材料结构设计和后处理策略的体系化研究,是推动冷喷涂技术应用于金属基复合材料开发的关键。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
冷喷涂Zn-0.2wt%G/Al复合涂层[50]
中滦团缤考际?[8]。冷喷涂技术制备复合材料的优势在于低温沉积和固态沉积，喷涂金属颗粒是通过绝热剪切失稳发生塑性流变沉积在基体上，特别适合沉积塑性较高的金属颗粒（如Al、Cu、Ni等）。此外，冷喷涂技术制备铝基复合材料涂层可以有效避免材料的氧化、分解、相变及晶粒长大等问题，有望为铝基复合材料的制备研究提供新的途径。1冷喷涂技术分类1.1低压冷喷涂根据喷涂压力的不同，冷喷涂技术可以分为低压喷涂和中高压喷涂系统。低压冷喷涂（LowPressureCodSpray,LPCS）是一种便捷式冷喷涂系统，工作原理如图1所示。其特点是输入电源为220V±10%，采用频率为50Hz的民用电源设计，即插即用，所需喷涂气体工作压力在0.8MPa左右，可直接通过空气压缩机供气，工作温度范围为0~600℃，喷涂系统小巧，可手持喷涂。LPCS由于受到喷涂压力和气体工作温度的限制，适用于喷涂铝、铜、锡、镍等软质纯金属及其合金。如Mohammad等人[9]在AZ31B镁合金上冷喷涂纯铝涂层，提高基体的耐腐蚀性能。国外低压冷喷涂设备制造商主要有：俄罗斯的奥布宁斯克粉末喷涂中心（OCPS），市场占有率较低；美国Inovati公司，其KM系列低压冷喷涂设备的特点是通过Inovati的专利摩擦补偿型喷嘴设计，使冷喷设备操作压力比传统冷喷设备低很多（其压力在0.35~0.9MPa）；加拿大CenterLine公司，其SST-P型低压冷喷涂设备商业化较成熟，气体压强范围在0.7~1.72MPa，气体温度可达550℃。国内成熟的商业化低压冷喷涂设备主要是北京天诚宇新材料技术有限公司生产的LP-TCY-Ⅲ型低压冷喷涂系统，压缩空气工作压力在0.5~0.8MPa，气体工作温度为200~600℃。图1低压冷喷涂系统原理示意图[8]Fig.1SketchofLPCS[8]
第49卷第11期付树仁等：冷喷涂技术制备Al基复合材料涂层研究进展·77·1.2中高压冷喷涂中高压冷喷涂系统通常指喷涂压力在2~5MPa范围的冷喷涂设备，气体的工作温度较低压冷喷涂系统提高到1000℃。相比LPCS系统，为了提高工作气体的温度和压力，避免软连接管路材料对温度和压力的限制，气体加热装置集成在冷喷涂枪中，气流加热后直接进入喷嘴（如图2所示），导致冷喷涂枪体积庞大，喷涂便携性大大降低。中高压冷喷涂设备可喷涂硬度较高的钛合金、WC-Co、CrC-NiCr等材料涂层，进一步拓展了冷喷涂技术喷涂材料的适用范围。如DaSilva等人[10]采用高压冷喷涂设备在AA7075-T6Al合金基体表面分别制备了WC-12Co和WC-25Co涂层。中高压冷喷涂系统喷涂实验需要多组气瓶组进行气体供应，如进行喷涂生产，则需建设氮气气站。日本PlasmaGiken公司生产的PCS-1000冷喷涂设备是国外较成熟的中高压冷喷涂系统，最高气体工作压力可达5MPa，气体工作温度可达1000℃，喷涂材料种类多（如Ni、MCrAlY、TC4合金、不锈钢、Inconel合金、WC-Co等）。德国ImpactInnovationsGmbH公司生产的高压冷喷涂设备气体工作压力可达5MPa，工作温度在800~1000℃。国内的商业化中高压设备主要是陕西德维自动化有限公司生产的DWCS-2000、北京联合涂层技术有限公司生产的UCS-1000，他们生产的冷喷涂系统气体工作压力最高为4MPa。图2中高压冷喷涂系统原理Fig.2Principleofmedium/highpressurecoldsprayingsystem1.3真空冷喷涂真空冷喷涂系统已成为一种先进的陶瓷涂层制造方法，相比于传统冷喷涂系统，主要增加了真空泵对密闭喷涂室抽真空。陕西德维自动化有限公司推出的DWZKLP型真空冷喷涂系统的极限真空度为2Pa，工作真空度为50~1000Pa，恢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of particulate morphology on microstructure and tribological properties of cold sprayed A380/Al2O3 composite coatings[J]. Xiang Qiu,Naeem ul Haq Tariq,Lu Qi,Jun-Rong Tang,Xin-Yu Cui,Hao Du,Ji-Qiang Wang,Tian-Ying Xiong. Journal of Materials Science & Technology. 2020(09)
[2]热喷涂技术制备铝涂层及其在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性的研究现状[J]. 靳子昂,朱丽娜,刘明,王海斗,康嘉杰,马国政. 表面技术. 2019(10)
[3]石墨烯在防腐防污涂料中的应用进展[J]. 陈建华,李文戈,赵远涛,钱素萍,Odhiambo J.Gerald. 表面技术. 2019(06)
[4]激光重熔对冷喷涂镍铝青铜涂层组织性能的影响[J]. 陈正涵,孙晓峰,李占明,刘小桐,史玉鹏. 材料热处理学报. 2017(08)
本文编号：3001406
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
冷喷涂Zn-0.2wt%G/Al复合涂层[50]
中滦团缤考际?[8]。冷喷涂技术制备复合材料的优势在于低温沉积和固态沉积，喷涂金属颗粒是通过绝热剪切失稳发生塑性流变沉积在基体上，特别适合沉积塑性较高的金属颗粒（如Al、Cu、Ni等）。此外，冷喷涂技术制备铝基复合材料涂层可以有效避免材料的氧化、分解、相变及晶粒长大等问题，有望为铝基复合材料的制备研究提供新的途径。1冷喷涂技术分类1.1低压冷喷涂根据喷涂压力的不同，冷喷涂技术可以分为低压喷涂和中高压喷涂系统。低压冷喷涂（LowPressureCodSpray,LPCS）是一种便捷式冷喷涂系统，工作原理如图1所示。其特点是输入电源为220V±10%，采用频率为50Hz的民用电源设计，即插即用，所需喷涂气体工作压力在0.8MPa左右，可直接通过空气压缩机供气，工作温度范围为0~600℃，喷涂系统小巧，可手持喷涂。LPCS由于受到喷涂压力和气体工作温度的限制，适用于喷涂铝、铜、锡、镍等软质纯金属及其合金。如Mohammad等人[9]在AZ31B镁合金上冷喷涂纯铝涂层，提高基体的耐腐蚀性能。国外低压冷喷涂设备制造商主要有：俄罗斯的奥布宁斯克粉末喷涂中心（OCPS），市场占有率较低；美国Inovati公司，其KM系列低压冷喷涂设备的特点是通过Inovati的专利摩擦补偿型喷嘴设计，使冷喷设备操作压力比传统冷喷设备低很多（其压力在0.35~0.9MPa）；加拿大CenterLine公司，其SST-P型低压冷喷涂设备商业化较成熟，气体压强范围在0.7~1.72MPa，气体温度可达550℃。国内成熟的商业化低压冷喷涂设备主要是北京天诚宇新材料技术有限公司生产的LP-TCY-Ⅲ型低压冷喷涂系统，压缩空气工作压力在0.5~0.8MPa，气体工作温度为200~600℃。图1低压冷喷涂系统原理示意图[8]Fig.1SketchofLPCS[8]
第49卷第11期付树仁等：冷喷涂技术制备Al基复合材料涂层研究进展·77·1.2中高压冷喷涂中高压冷喷涂系统通常指喷涂压力在2~5MPa范围的冷喷涂设备，气体的工作温度较低压冷喷涂系统提高到1000℃。相比LPCS系统，为了提高工作气体的温度和压力，避免软连接管路材料对温度和压力的限制，气体加热装置集成在冷喷涂枪中，气流加热后直接进入喷嘴（如图2所示），导致冷喷涂枪体积庞大，喷涂便携性大大降低。中高压冷喷涂设备可喷涂硬度较高的钛合金、WC-Co、CrC-NiCr等材料涂层，进一步拓展了冷喷涂技术喷涂材料的适用范围。如DaSilva等人[10]采用高压冷喷涂设备在AA7075-T6Al合金基体表面分别制备了WC-12Co和WC-25Co涂层。中高压冷喷涂系统喷涂实验需要多组气瓶组进行气体供应，如进行喷涂生产，则需建设氮气气站。日本PlasmaGiken公司生产的PCS-1000冷喷涂设备是国外较成熟的中高压冷喷涂系统，最高气体工作压力可达5MPa，气体工作温度可达1000℃，喷涂材料种类多（如Ni、MCrAlY、TC4合金、不锈钢、Inconel合金、WC-Co等）。德国ImpactInnovationsGmbH公司生产的高压冷喷涂设备气体工作压力可达5MPa，工作温度在800~1000℃。国内的商业化中高压设备主要是陕西德维自动化有限公司生产的DWCS-2000、北京联合涂层技术有限公司生产的UCS-1000，他们生产的冷喷涂系统气体工作压力最高为4MPa。图2中高压冷喷涂系统原理Fig.2Principleofmedium/highpressurecoldsprayingsystem1.3真空冷喷涂真空冷喷涂系统已成为一种先进的陶瓷涂层制造方法，相比于传统冷喷涂系统，主要增加了真空泵对密闭喷涂室抽真空。陕西德维自动化有限公司推出的DWZKLP型真空冷喷涂系统的极限真空度为2Pa，工作真空度为50~1000Pa，恢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of particulate morphology on microstructure and tribological properties of cold sprayed A380/Al2O3 composite coatings[J]. Xiang Qiu,Naeem ul Haq Tariq,Lu Qi,Jun-Rong Tang,Xin-Yu Cui,Hao Du,Ji-Qiang Wang,Tian-Ying Xiong. Journal of Materials Science & Technology. 2020(09)
[2]热喷涂技术制备铝涂层及其在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性的研究现状[J]. 靳子昂,朱丽娜,刘明,王海斗,康嘉杰,马国政. 表面技术. 2019(10)
[3]石墨烯在防腐防污涂料中的应用进展[J]. 陈建华,李文戈,赵远涛,钱素萍,Odhiambo J.Gerald. 表面技术. 2019(06)
[4]激光重熔对冷喷涂镍铝青铜涂层组织性能的影响[J]. 陈正涵,孙晓峰,李占明,刘小桐,史玉鹏. 材料热处理学报. 2017(08)
本文编号：3001406
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