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（江西洪都航空工业集团有限责任公司，江西 南昌 330024）
摘 要：冷喷涂工艺是一门新兴的喷涂工艺，是利用超音速粒子在低温下与基体材料碰撞后产生塑性变形后而形成的涂层。该技术不仅可以制备防腐、耐高温、导电导热等涂层，而且还可以作为一种表面修复技术，也可作为一种新型的增材制造技术。本文简要概述了冷喷涂工艺的技术原理，系统总结了该工艺的技术特点，并全面阐述了其主要应用领域。关键词：冷喷涂工艺；技术特点；应用领域 1. 冷喷涂工艺的技术原理和特点放气阀
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1.1.冷喷涂工艺的技术原理
冷喷涂工艺（简称Cold Spray ）是一种能在较低温度时形成涂层的喷涂工艺，该技术建立在空气动力学
基础上，其工作原理图如图1所示。高压气体分两条管道流出，一支气流通过气体加热器形成一定温度的高压气流，另一支气流则是将粉末加料器中喷出的原材料粉末带出，之后气流通过拉瓦尔喷管形成超音速气体射流，以高速固态粉末粒子撞击基体，撞击过程中粉末粒子和基体材料均产生严重的塑性变形实现结合，从而在基体表面形成了一层涂层
。
图1 冷喷涂技术工作原理图
1.2.冷喷涂工艺的技术特点与传统的热喷涂工艺相比，冷喷涂工艺主要具有以下五个特点：一是涂层沉积温度较低，对基体材料的热影响小。冷喷涂工艺是在低温下通过高速粒子产生塑性变形而实现的涂层沉积，在整个加工过程中原材料粉末粒子的温度较低，全程保持固体状态，在沉积过程中不会对基体材料产生较高的热量，几乎不会发生基体材料氧化、热变形等情况。由于冷喷涂工艺对基体材料的热影响较小，喷涂过程也无需在保护气体或真空环境进行，在大气中就能实现快速沉积。
二是沉积材料和基体材料选取广泛。由于冷喷涂工艺对基体的热输入量较少，基体材料选择也因此具有较大选取空间。当前基体材料已经从金属合金材料扩展到了塑料、陶瓷等材料。此外，冷喷涂不是将喷涂材料进行熔化，而是加速喷涂粒子，可以沉积金属及其合金材料、陶瓷及其复合材料等，甚至可以根据涂层所需性能灵活设计沉积材料成分，制备出混合涂层。
三是沉积涂层孔隙率低，与基体材料结合强度高。由于粉末粒子冲击基体材料的速度较高，粉末粒子与基材因塑性变形而形成涂层，而沉积过程中这一变化是持续的，后续粒子冲击将对先沉积涂层进行撞击而具有夯实作用，制备的涂层十分的致密，孔隙率低至2%，几乎没有缺陷，且涂层具有良好的电学、热学、力学性能，可用于制备高电导率、高热导率、高强度的涂层。此外，冷喷涂工艺中高速喷漏洞修复失败
涂粒子持续的夯实作用能够增强基材与涂层的结合强度。多功能制水机
四是沉积速率高，且能制备大厚度涂层。冷喷涂工艺的沉积速率能达到每小时沉积40千克以上的粉末。此外，与热喷涂工艺相比，冷喷涂涂层中的残余应力较低，主要存在的是压应力，而且涂层强度高、致密性好，不容易发生涂层开裂情况，有利于制备大厚度的涂层。
五是原材料粉末利用率高。一方面，冷喷涂工艺在制备涂层过程中，粉末的沉积效率可以达到90%以上。另一方面，冷喷涂工艺是在低温实现粉末沉积，原材料粉末不会发生化学变化，可以回收重新利用。因此，冷喷涂工艺中原材料粉末利用率较高。
2. 冷喷涂工艺的技术应用
由于冷喷涂工艺具有制备温度低、选材广、涂层致密性高等优点，其广泛应用于制备防腐涂层、耐高温涂层、导电导热涂层等。此外，冷喷涂技术还可以应用于表面修护，也可作为一种增材制造技术。
一是利用冷喷涂工艺制备防腐涂层。金属材料应用中常见的一大问题就是材料腐蚀，例如船只、航洋平台设施等在海洋环境下金属材料容易腐蚀。材料腐蚀不仅浪费较多资源，而且会腐蚀设备零件、平台结构，从而导致设施存在安全隐患，威胁人们生命安全。而利用冷喷涂技术可以在铝合金、镁合金、钢铁等材料表面制备高致密度的防腐层，有效避免基体材料与外界腐蚀介质的接触，从而达到防腐的效果，为海洋设施设备高效防腐提供有力保障。
二是利用冷喷涂工艺制备耐高温涂层。目前，常见的耐高温涂层材料有氧化物陶瓷、钴基、镍基合金等。而传统的热喷涂工艺在制备耐高温涂层的过程中，难免会出现涂层氧化、结合强度低、涂层致密度低等问题。但冷喷涂工艺制备过程温度较低，通过塑性变形而形成的涂层致密性较高、含氧量较低、结合强度高，为制备耐高温涂层提供了新的制备技术路径。例如，研究人员利用冷喷涂技术制备的NiCoCrAlY 涂层致密度高达99%，含氧量低至0.25%，在1050℃氧化400小时未出现明显的涂层脱落现象。
银行复点机三是利用冷喷涂工艺制备导电导热涂层。由于利用冷喷涂工艺制备的涂层孔隙率和含氧量低，该工艺已成为制备导电导热涂层的最佳喷涂工艺。在电子器件领域中，利用冷喷涂工艺在铝合金基体材料表面制备铜涂层，可以有效地增强铝合金散热片的导电导热性。此外，有研究学者发现，冷喷涂工艺在制备Cu-W 涂层时能发挥较好的效果，其涂层组织致密、几乎不存在氧化物，导电导热性基本与Cu-W 合金材料一致。
四是利用冷喷涂工艺进行表面修复。冷喷涂工艺在汽车、航空、航天等领域，广泛应用于修复机械零部件的腐蚀、磨损、划伤等，从而提升机械设备的使用寿命。作为表面修复技术，冷喷涂技术主要具备以下三个优势：其一，构件无需预热，受热影响小；其二，修复速度快，修复效率高；其三，涂层和基材结合强度高，具有良好的力学性能。
五是利用冷喷涂工艺进行增材制造。冷喷涂技术不仅可以制备涂层，而且可以作为一种新型的增材制造技术。冷喷涂技术目前广泛应用于制备大型靶材，如铜靶、银靶、铝靶等，其生产效率高，与背衬的结合强度也较高，运用该工艺制备的靶材晶粒比铸造靶材更为细小。目前，利用冷喷涂工艺制造的靶材已广泛应用于液晶显示屏、电子控制器件、信息存储、集成电路、玻璃镀膜等领域。
3. 总结
冷喷涂工艺相较于传统的热喷涂工艺，具有以下特点：一是涂层沉积温度较低，对基体材料的热影响小；二是沉积材料和基体材料选取广泛；三是沉积涂层孔隙率低，与基体材料结合强度高；四是沉积速率高，且能制备大厚度涂层；五是原材料粉末利用率高。由于冷喷涂工艺具备这些优点，目前已广泛应用于制备防腐涂层、耐高温涂层、导电导热涂层等。此外，冷喷涂工艺还可以作为于表面修护和增材制造技术。
参考文献：
[1] 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.
[2] 宋凯强，丛大龙，何庆兵，等. 先进冷喷涂技术的应用及展望[J].装备环境工程，2019，16（8）：
65-69.[3] 张林伟， 陈志宝， 陆磊， 等. 冷喷涂 NiCoCrAlY 涂层的组织结构特征与抗氧化性能研究[J]. 江西科学， 2016，34（6）： 834-839.
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