本技术介绍了一种创新的原位致密化冷喷涂金属沉积体的技术,该技术涉及以下关键步骤:(1)选择具有广泛粒径分布的金属粉末作为喷涂材料;(2)利用冷喷涂技术,在加速气体的推动下实现金属沉积体的致密化。
背景技术
冷喷涂(Cold spraying,CS)是一种新兴的固态材料沉积技术,该技术以压缩气体(氮气、氦气或压缩空气)作为加速气流,将送入喷嘴中的微米金属粉末加速到300~1200m/s,粉末粒子在低于材料熔点的全固态状态下撞击在基体或已沉积金属表面上,通过粒子/基体或粒子/粒子界面之间强烈的塑性变形而实现沉积。冷喷涂过程无需高能束热源,材料在全固态状态下依靠高应变、高应变率塑性变形沉积在基材表面,沉积体最大程度保留了原始粉末的微观组织结构及各项性能,并且能够最大程度避免成分氧化、热应力积累、相结构改变等问题。此外,冷喷涂沉积速度可达30kg/h、工作效率高,并且拥有制备大尺寸构件的能力,在功能涂层制备、受损零部件修复以及增材制造等领域具有广泛的应用前景。
冷喷涂沉积体的性能与其显微组织结构密切相关,由于粒子间结合不完全,在界面处存在间隙甚至微孔,这些显微组织缺陷对沉积体的物理性能、机械性能、耐磨耐腐蚀性能等造成严重影响。尽管通过提高气体压力和气体温度,或使用氦气作为加速气体,可以提高粒子的速度和温度,在一定程度上改善了粒子间的结合状态。然而,这种改善存在一定局限性。一方面,冷喷涂中气体压力存在上限,无法一直提高,而另一方面对于低熔点的金属粉末而言,提高气体温度会导致粒子在喷嘴中的部分或全部熔化,导致喷嘴堵塞。虽然使用氦气可以避免这些问题,但氦气的价格昂贵,并且属于不可再生能源,不适合应用在工业化生产中。因此,通过探索新工艺、新技术、新方法来提高冷喷涂沉积体的性能具有重要意义。
实现思路