冷噴涂技術(shù)調(diào)研

冷噴涂調(diào)研一、原理介紹冷噴涂技術(shù)〔CSColdSpray〕基體的沖蝕作用。通俗來講，冷噴涂技術(shù)不同于傳統(tǒng)熱噴涂〔超速火焰噴涂，等離子噴涂，爆炸噴涂等傳統(tǒng)熱噴涂〕，它不需要將噴涂的金屬粒子溶化，冷噴涂承受物理形變。金屬粒子撞扁在基體外表并結(jié)實(shí)附著，整個(gè)過程金屬粒子沒有被溶化，噴涂基體外表產(chǎn)生的溫度不會(huì)超過150C〔加拿大材料科學(xué)院NRC技術(shù)不超過200C〕。冷噴涂原理前氣室送粉口高壓氣入圖前氣室送粉口高壓氣入圖1 冷噴涂原理示意圖冷噴涂過程中，高速粒子撞擊基體后，是形成涂層還是對(duì)基體產(chǎn)生噴丸或沖蝕作用，或是對(duì)基體產(chǎn)生穿孔效應(yīng)，取決于粒子撞擊基體前的速度。對(duì)于一種材料存在著一臨界速度Vc,當(dāng)粒子速度大于Vc時(shí)，粒子碰撞后將沉積于基體外表，而當(dāng)粒子速度小于Vc時(shí)，將發(fā)1/16下載文檔可編輯44/生沖蝕現(xiàn)象〔基體外表損壞，金屬粒子掉落〕。Vc因粉末種類而異，一般約500?700m/s,具體見表1。因此，為了增加氣流的速度，從而提高粒子的速度，冷噴涂技術(shù)還可以將加速氣體預(yù)熱后送入噴槍， 通常預(yù)熱溫度小于600C；同時(shí)為了獲得高的粒子速度與沉積效率，要求粉末粒子粒1?50um1不同金屬粒子的臨界速度〔m/s〕材料材料銅鎳鐵鋁臨界速度560~580620~640620~640680~700高壓冷噴涂使用的壓縮空氣為15個(gè)大氣壓〔psi〕以上，低壓冷噴涂使用的壓縮10個(gè)大氣壓〔psi〕以下。比照傳統(tǒng)熱噴涂技術(shù)，高壓以及低壓冷噴涂的技術(shù)有以下共同優(yōu)勢(shì)：①可以用于噴涂多類別的、具有肯定塑性的材料，獲得導(dǎo)電、導(dǎo)熱、防腐、也可以制備NICR基咼溫合金等。反響，適用于對(duì)溫度敏感〔納M非晶等〕、對(duì)氧化敏感〔CuTi等〕和對(duì)相變敏感〔金屬陶瓷〕材料的涂層制備。150度,體感溫度為70度〔具體溫度與噴涂粒子的速度、噴槍移動(dòng)的速度有關(guān)〕,可以避開基體熱變形、材料組織發(fā)生破壞。10mm以上。由于高速粒子經(jīng)過猛烈厚涂層。⑥金屬粒子可以回收。由于沒有經(jīng)受明顯的熱過程，根本不發(fā)生組織構(gòu)造的變化，未沉積的粒子，可以回收利用。1S力；2.5MPa;氣體溫度:150°C2冷噴涂涂層圖二、冷噴涂的進(jìn)展及國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)論現(xiàn)狀冷噴涂概念于1990年提出，其緣起于80年月中期前蘇聯(lián)科學(xué)院，在用示蹤粒子進(jìn)展超音速風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)覺察， 當(dāng)粒子的速度超過某一臨界速度時(shí)，示蹤粒子對(duì)靶材外表的作用從沖蝕轉(zhuǎn)變?yōu)榧铀俪练e。 1995年，最先參與冷噴涂爭(zhēng)論的原蘇聯(lián)爭(zhēng)論者Papyrin在美國(guó)召開的全美熱噴涂會(huì)議上與美國(guó)學(xué)者聯(lián)合發(fā)表相關(guān)爭(zhēng)論結(jié)結(jié)果。 2023年,在加拿大召開的國(guó)際熱噴涂會(huì)議上，組織了冷噴涂技術(shù)爭(zhēng)論會(huì)，由此，冷噴涂技術(shù)在國(guó)際1、俄羅斯1990年，俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院理論與應(yīng)用力學(xué)爭(zhēng)論所領(lǐng)先提出了“冷些爭(zhēng)論為冷噴涂設(shè)備的研制奠定了根底。俄羅斯奧柏尼斯克粉末噴涂中心，在奧 ?費(fèi)?克留也夫的領(lǐng)導(dǎo)10大氣壓以下的〔Dyme〕技術(shù)?！熬勖捞亍奔夹g(shù)承受了空氣噴涂，氣體消耗量為 0.5立方M/分，壓力為5—8大氣壓。金屬顆粒沉積的效率比其他方法低，約為50%，由于參加雙相混合物中的陶瓷顆粒，根本上被基體彈回。總的沉積效率約20-30%。由于氣體0.5-0.6克/秒。羽末3“聚美特”技術(shù)原理示意圖2、烏克蘭在烏克蘭，科學(xué)家們對(duì)氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)進(jìn)展了爭(zhēng)論。他們承受空氣〔加熱250攝氏度，壓力為18大氣壓〕作為驅(qū)動(dòng)氣體，確定了噴涂尺寸大于50微M顆粒應(yīng)用的可能，由于當(dāng)超音速氣流處于絕熱冷卻時(shí)，它們?cè)趪娮鞌U(kuò)展局部，緩慢變涼。3、美國(guó)美國(guó)冷噴涂技術(shù)爭(zhēng)論始于90年月中期，由巴比林和美國(guó)SandiaNationalLaboratories置。Ktech公司生產(chǎn)了工業(yè)化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的氣體動(dòng)力噴涂設(shè)備，氣壓達(dá)30大氣壓，功率為25千瓦。ASH業(yè)公司改善了冷噴涂設(shè)備的操作性能。設(shè)備使用的關(guān)健問題看尺寸為50-150M顆粒的噴涂技術(shù)。美國(guó)國(guó)防爭(zhēng)論試驗(yàn)室和賓夕尼亞大學(xué)也從事4、英國(guó)給定外形零件的可能性。5、加拿大加拿大材料科學(xué)爭(zhēng)論院〔CNRCNRC的低溫噴涂技術(shù)能實(shí)現(xiàn)200C以下溫度的噴涂，涂層厚度》4mm該技術(shù)噴射粒子速度到達(dá)1200M/秒，涂層硬度可以通過金屬粒子原料的硬度來掌握。 據(jù)NRC反映，其局部粒子供給商來自中國(guó)。該技術(shù)可以對(duì)零件的內(nèi)外外表進(jìn)展噴涂，其中中空件內(nèi)部噴涂時(shí)內(nèi)徑應(yīng)》70mm 在噴涂之前需承受鋁砂對(duì)零件外表進(jìn)展處理。對(duì)于該技術(shù)，噴涂的設(shè)備、原料均可直接選購，重難點(diǎn)在于噴涂的工藝爭(zhēng)論，NRC不制造設(shè)備，他們主要爭(zhēng)論對(duì)不同的原料、不同的零件材料，進(jìn)展噴涂的具體工藝要求。加拿大渥太華大學(xué)承受了純氦氣和氮?dú)庾鳛閲娚錃怏w， 對(duì)冷噴技術(shù)和涂層性質(zhì)進(jìn)展了大量的爭(zhēng)論，主要是改善噴嘴中顆粒驅(qū)動(dòng)技術(shù)和在各種工藝過程中應(yīng)用的可能性。6、日本7、德國(guó)德國(guó)漢堡的博得斯維拉大學(xué)，對(duì)冷噴技術(shù)也進(jìn)展的大力的爭(zhēng)論。CGT率為30千瓦。為了到達(dá)高效的沉積和高質(zhì)量的涂層，設(shè)備中承受氦氣作為工作氣體。8學(xué)、上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等。接爭(zhēng)論所熱噴涂試驗(yàn)室，以青年教師和優(yōu)秀的爭(zhēng)論生為生力軍，經(jīng)過20年的進(jìn)展，獲得了如下技術(shù)成果：超音速火焰噴涂系統(tǒng)〔1995年在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)研制成功〕；常壓/真空冷噴涂系統(tǒng)〔2023年國(guó)內(nèi)領(lǐng)先研制成功〕；微束等離子噴涂系統(tǒng)〔1997年國(guó)內(nèi)首家研制成功〕；液料火焰噴涂系統(tǒng)〔2023年國(guó)內(nèi)領(lǐng)先研制成功〕；高速飛行粒子狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)〔1999年國(guó)內(nèi)領(lǐng)先研制成功〕；真空等離子噴涂－物理氣相沉積系統(tǒng)〔P-PVD等噴涂制備設(shè)備〔在建〕等，形成了多樣化、國(guó)內(nèi)最齊全與檢測(cè)設(shè)備。試驗(yàn)室同時(shí)在冷噴涂特性，冷噴涂銅粒子參量對(duì)碰撞行為的影M吉構(gòu)，利用冷噴涂制備WC-C涂層、NiCrAlY涂層、鎳基金剛石涂零件噴涂修復(fù)等技術(shù)效勞。4西安交通大學(xué)冷噴涂設(shè)備系統(tǒng)圖中科院金屬爭(zhēng)論所〔沈陽〕研發(fā)中心在冷噴涂技術(shù)及涂層制備方面具有深入的理論根底和實(shí)踐閱歷，研制了 IMF—M600〔冷噴涂設(shè)備，該設(shè)備具有手動(dòng)和自動(dòng)化掌握可用機(jī)械手操作的兩種型號(hào)，獲得了多項(xiàng)國(guó)5IMR—M600冷噴涂設(shè)備哈爾濱焊接爭(zhēng)論所〔機(jī)械科學(xué)院〕哈爾濱焊接爭(zhēng)論所超2023音速冷氣噴涂設(shè)備、工藝的爭(zhēng)論和開發(fā)取得了肯定-鋁、鎳鉻合金等材料的超音速冷噴涂涂層。無論是冷噴涂設(shè)備還是涂層性能，都到達(dá)了套技術(shù)與設(shè)備方面，已經(jīng)具備了商品化的條件。此外，眾多專家推測(cè)超音速冷噴涂技術(shù)一個(gè)格外重要的應(yīng)用領(lǐng)域是生產(chǎn)納 M涂層或納M化層，目前哈爾濱焊接爭(zhēng)論所已經(jīng)應(yīng)用超音速冷氣噴涂技術(shù)在 316L和40Cr鋼外表制作出平均為30納M的納M化層。大連理工大學(xué)大連理工大學(xué)熱力渦輪機(jī)教研室于1996年建立了常溫下超音速起、固兩相流制備功能涂層試驗(yàn)裝置，就金屬粒子〔鋅粉、鈦粉等〕三、冷噴涂設(shè)備供給商66局部組成，分別為：噴槍系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、氣體溫度掌握系統(tǒng)、氣體調(diào)整掌握系統(tǒng)、高壓氣源以及粉末回收系統(tǒng)。目前市場(chǎng)上的冷噴涂設(shè)備均在這個(gè)框架內(nèi)設(shè)計(jì)。1010/16下載文檔可編氣源6冷噴涂系統(tǒng)構(gòu)成圖國(guó)際上第一套臺(tái)式冷噴涂裝置由俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院理論與應(yīng)用力學(xué)爭(zhēng)論所研制，后來為了便于現(xiàn)場(chǎng)使用，設(shè)計(jì)了便攜式裝置及手提噴槍。目前冷噴涂設(shè)備能批量生產(chǎn)供給市場(chǎng)的單位有： CGT公司〔德國(guó)〕、IMC公司〔西伯利亞〕、Inovati公司〔美國(guó)〕、OPSC公司〔俄羅斯〕和PlasmaGiken公司〔日本〕等。其中，德國(guó)、美國(guó)、西伯利亞只對(duì)高壓進(jìn)展?fàn)幷?，俄羅斯的 OPSC中心爭(zhēng)論低壓冷噴涂技術(shù)。由于高壓技術(shù)存在肯定的弊端，目前被廣泛推廣的冷噴涂設(shè)備仍集中于低壓冷噴涂技術(shù)。五家主要技術(shù)參數(shù)列入下表：設(shè)備型號(hào)工作氣體Kinetics氮/氦PCS氮/氦KM氦HTA-5空氣Dymet空氣25-405-63515-205-8壓耗氣量，2-40.220.4M/分功率，千瓦30-47602.5183.3InovatPlasmaIMCOPSCInovatPlasmaIMCOPSCCGTi企業(yè)名稱Giken〔西伯利〔俄羅〔德國(guó)〕〔美日本亞〕斯〕國(guó)〕內(nèi)設(shè)計(jì)制造的；它們大多數(shù)，不是單臺(tái)為從事試驗(yàn)爭(zhēng)論工作用，就是為了某項(xiàng)特定任務(wù)的需要而設(shè)計(jì)制造的， 有大批量生產(chǎn)。CGT公司〔德國(guó)〕CGT公司在俄羅斯專利根底上研發(fā)了冷噴涂裝置，于2023年向市場(chǎng)推出了Kinetiks-3000Kinetiks-4000型、Kinetiks-8000Kinetiks-2023型手提式型。該在電氣工業(yè)中得到應(yīng)用，即在散熱片上涂銅層。設(shè)備如圖7所示。Kinetiks-3000型試用氦/氮混合氣、高壓送粉器、噴嘴為圓形規(guī)范Delaval噴嘴，超音速段長(zhǎng)Kinetiks-4000型有三種型號(hào)

~76mm氣體加熱器可達(dá)600C。Kinetiks-4000/17 Kinetiks-4000/34型Kinetiks-4000/47 型，可以實(shí)現(xiàn)三級(jí)加熱。Kinetiks-8000型為2023年推出，實(shí)現(xiàn)了更高的粒子沉積效率，更寬的可噴涂材料范圍，提高了涂層質(zhì)量。Kinetiks-2023型手提式型為高壓便攜式裝置，適合于現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。7CGTKintics設(shè)備IMC公司〔西伯利亞〕IMC公司承受經(jīng)典氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)，設(shè)計(jì)制造了HTA型號(hào)的噴涂設(shè)備，如圖8所示。其供粉末的位置，在噴嘴的臨界斷面處。但該設(shè)備目前尚未找到8HTA-5型噴涂設(shè)備Inovati公司〔美國(guó)〕Inovati公司是全球較早而且頗為成功的一家低壓冷噴涂設(shè)備制造商，總部位于美國(guó)的加州。InovatiKM型冷噴涂設(shè)備，可供給三種不同配置選擇，分別可應(yīng)用于試驗(yàn)室或手動(dòng)及自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域。KM型冷噴涂設(shè)備既可驅(qū)除顆粒。承受氦氣回收裝置，可以擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍。KM型噴涂設(shè)備如圖8KM-PCS生產(chǎn)型KM-MC現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)型

KM-CDS研發(fā)型9InovatiKM型噴涂設(shè)備OPSC〔俄羅斯〕一一低壓冷噴涂設(shè)備奧柏尼斯粉末噴涂中心〔OPSC生產(chǎn)的Dymet型低壓冷噴涂設(shè)備，具有格外批量生產(chǎn)中的很多技術(shù)任務(wù)。由于Dymet設(shè)備構(gòu)造緊湊和對(duì)工作氣體要求很，該設(shè)備已得到了廣泛的應(yīng)用。目前已有幾百臺(tái)設(shè)備應(yīng)用在俄羅斯和國(guó)外被使用。 有17個(gè)國(guó)家以在全球范圍內(nèi)已經(jīng)被1000多家企業(yè)、學(xué)校和科研單位使用，已用于電解槽的上噴涂鎳和銅等。10OCSP生產(chǎn)的便攜式低壓冷噴涂裝置〔5〕PlasmaGiken公司〔日本〕PlasmaGiken公司研制了兩款冷噴涂設(shè)備：PCS-1000型和PCS-80C型。PCS-100C1000C，可制備致密的高溫合金、鈦合金等涂層，涂層厚度可達(dá)10mm同時(shí)具有較高的沉積效率。加拿大材料科學(xué)院承受的噴涂設(shè)備正式PCS-1000型。11PCS-1000型冷噴涂設(shè)備四、總結(jié)高速的技術(shù)領(lǐng)域。冷噴涂技術(shù)在修復(fù)和轉(zhuǎn)變金屬零件的尺寸〔例如鋁合金零件、模具零件〕的工作范圍內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用，涂層的厚度可從幾十微M達(dá)幾十毫例如，Praxair公司用冷噴涂技術(shù)復(fù)原已磨損的螺旋漿飛任意厚度的涂