冷噴涂技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

卜恒勇,盧 晨

(1上海交通大學(xué)輕合金精密成型國家工程研究中心,上海200240; 2上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200240)

冷噴涂技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

卜恒勇1,2,盧 晨1,2

(1上海交通大學(xué)輕合金精密成型國家工程研究中心,上海200240; 2上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200240)

綜述了冷噴涂技術(shù)的原理和特點(diǎn),重點(diǎn)討論了冷噴涂過程中粒子的臨界速度和涂層質(zhì)量的影響因素及涂層的沉積機(jī)制,并闡述了涂層的應(yīng)用進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì),指出合理地控制噴涂參數(shù)是獲得性能優(yōu)異涂層的重要條件,同時(shí)改進(jìn)噴槍結(jié)構(gòu),制備功能涂層和復(fù)合涂層將是冷噴涂發(fā)展的主要方向。

冷噴涂;臨界速度;沉積機(jī)制;復(fù)合涂層

Abstract:This paper summarized the processing principles and characteristics of the cold gas dynamic spray(cold spray)technology.It emphasized to discuss the coating deposition mechanism and the parameters which influenced the critical velocity of the particles and the coating quality.It is believed that using the proper parameters in the coating process is vital for getting high quality coating,improving the structure of the spray gun,fabricating functional and composite coatings are considered as the main directions of the cold spray in future.

Key words:cold spray;critical velocity;deposition mechanism;composite coating

20世紀(jì)80年代中期前蘇聯(lián)科學(xué)院西伯利亞分院理論與應(yīng)用力學(xué)研究所的科學(xué)家在進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)示蹤原子的速度超過某一臨界速度時(shí),示蹤原子對(duì)靶材表面的作用由沖蝕變?yōu)槌练e,在此基礎(chǔ)上提出了冷噴涂的概念[1,2]。之后的數(shù)年里,美國、德國、日本等國家都成立了相關(guān)的科研團(tuán)隊(duì),對(duì)冷噴涂的沉積機(jī)理和應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。

1 冷噴涂技術(shù)的原理

冷噴涂是建立在合理利用空氣動(dòng)力學(xué)原理的一種新型噴涂技術(shù)。采用加熱設(shè)施預(yù)熱壓縮氣體,壓縮氣體通過縮放型Laval噴管產(chǎn)生超高速氣流,粉末粒子沿軸向送入氣流中,經(jīng)氣體加速后以高速撞擊基體,通過產(chǎn)生劇烈的塑性變形而在基體表面沉積為涂層;由于粉末粒子在整個(gè)沉積過程中溫度低于其熔點(diǎn),故稱為冷噴涂[1,3,4]。在實(shí)際的冷噴涂過程中,比較典型的工作氣體為N2,He和空氣,以及它們按照一定比例形成的混合氣體,工作氣體的預(yù)熱溫度一般＜600℃,壓力為 1～3.5MPa,噴涂粒子的典型尺寸為 5～50μm,粒子速度為 300～1200m/s,噴涂距離(噴槍出口到基體表面)為5～50mm。

2 冷噴涂技術(shù)的特點(diǎn)

冷噴涂是一種完全不同于熱噴涂的技術(shù),但冷噴涂仍然可以看成是熱噴涂的一種拓展,也可以看成是速度較高、溫度較低的熱噴涂[5]。目前冷噴涂可以沉積的金屬有Al,Zn,Cu,Ni,Ca,Ti,Ag,Co,Fe,Nb等;其中高熔點(diǎn)金屬有Mo,Ta等;合金有NiCr,MCrAlY等;高硬度金屬陶瓷有Cr3C2-25NiCr,WC-21Co等;陶瓷類(氧化物)有 Al2O3,Cr2O3等[6]。熱噴涂一般以等離子體、電弧、火焰或激光為熱源,將粉末加熱到熔化或半熔化狀態(tài)然后噴涂到基體上,這種高溫不可避免地造成了噴涂顆粒的氧化、相變或其他化學(xué)反應(yīng),同時(shí)高溫對(duì)基體材料也可能造成損傷[7]。冷噴涂可以實(shí)現(xiàn)粒子在低溫下的沉積,由于這個(gè)顯著的差別,決定了冷噴涂的特點(diǎn)[1,2,8-10]。

(1)噴涂工作溫度低,對(duì)噴涂粒子和基體的熱影響小。噴涂粒子基本沒有氧化、相變或晶粒長大,適用于溫度敏感材料、氧化敏感材料和相變敏感材料;而對(duì)基體熱影響小的直接優(yōu)勢(shì)使基體有更廣泛的選擇空間,同時(shí)也避免了熱噴涂凝固過程中產(chǎn)生的宏觀和微觀偏聚,保留了噴涂材料粒子本來的特性。

(2)噴涂粒子沉積率高,粉末可以回收利用,可制備納米涂層、復(fù)合涂層和非晶涂層;相比電鍍、焊接和涂漆來說,冷噴涂是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的選擇。

(3)形成的涂層承受壓應(yīng)力,有利于制備較厚的涂層;與之對(duì)應(yīng)的是在熱噴涂中,由于噴涂材料的凝固收縮,涂層中形成了有害的殘余拉應(yīng)力。

(4)形成涂層的孔隙率低且和基體有較高的結(jié)合強(qiáng)度。由于不可避免地存在界面作用,結(jié)合強(qiáng)度一般為50MPa左右。

(5)設(shè)備相對(duì)比較簡單,無需等離子體、電弧、起爆、燃燒及用于加熱噴射氣體的復(fù)雜設(shè)備。

(6)冷噴涂的主要缺點(diǎn)是適用于噴涂的粒子直徑范圍較小,一般為5～50μm。

3 冷噴涂技術(shù)的沉積機(jī)制和影響因素

3.1 冷噴涂的沉積機(jī)制

冷噴涂是一種全新的噴涂技術(shù),由于冷噴涂粒子的飛行速度很快,沉積效率較高,很難實(shí)時(shí)觀察粒子的沉積,因此關(guān)于冷噴涂沉積機(jī)制的研究很多,到目前為止粉末粒子的變形和粘接機(jī)理還沒有形成共識(shí),國內(nèi)外研究人員根據(jù)各自的研究結(jié)果提出了不同的沉積機(jī)制,主要有“金屬冶金結(jié)合機(jī)制”、“機(jī)械咬合機(jī)制”和“分子力結(jié)合機(jī)制”[1,3,4]。

3.2 臨界速度及其影響因素

在冷噴涂中,噴涂粒子撞擊基體前的速度是冷噴涂中最重要的參數(shù)之一,對(duì)于一個(gè)給定的材料體系,粒子對(duì)基體的作用由侵蝕轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e存在一個(gè)臨界速度,只有超過此臨界速度的粒子才能在基體上沉積并產(chǎn)生涂層,低于此速度的粒子會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生“噴丸”或者侵蝕作用[5,6]。臨界速度與噴涂粉末及基體的性質(zhì)有關(guān),粉末材料的密度、尺寸分布和形貌都會(huì)影響粒子的加速及隨后的沉積[6,11]。在冷噴涂過程中,臨界速度的測(cè)定方法也沒有定論,常規(guī)方法是測(cè)定粒子的速度和其對(duì)應(yīng)的沉積效率及粒子尺寸分布,就能計(jì)算出發(fā)生沉積尺寸最大粒子的速度;這個(gè)尺寸最大,速度最小的粒子對(duì)應(yīng)的速度即為臨界速度[3,6]。即使是相同的材料,根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)得到的臨界速度也是不同的,例如Cu粒子,Li Chang-Jiu和Stoltenhoff T得到的臨界速度為550～570m/s[6,12],Gilmore D L得到的為640m/s[13]。另外,對(duì)于相同的材料粒子,大顆粒的臨界速度小于小顆粒的臨界速度[14]。

3.3 涂層質(zhì)量及其影響因素

在冷噴涂過程中,粉末粒子的速度決定了最終的沉積效率及涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。因此只要是能影響粒子速度的因素都將會(huì)影響到涂層的質(zhì)量。粒子速度主要影響因素如下:

(1)氣體因素:氣體壓力是影響粉末粒子能否達(dá)到臨界速度的決定性因素;在氣體壓力一定的條件下,為了進(jìn)一步提高粒子速度,通常對(duì)工作氣體進(jìn)行加熱,加熱溫度高達(dá)900K;一般認(rèn)為加熱氣體能顯著提高粒子的溫度,但事實(shí)并非如此,由于粒子和高溫氣體接觸時(shí)間非常短,另外高溫氣體在噴槍擴(kuò)張段迅速膨脹而被冷卻,粒子的溫度仍然低于工作氣體的溫度和其本身的熔點(diǎn)[2,5,9];但氣體溫度的提高能使噴涂粒子獲得比周圍環(huán)境高的溫度,這有助于粒子的塑性變形和隨后的沉積,也能明顯提高工作氣體和噴涂粒子的速度[14]。同時(shí)氣體種類對(duì)粒子速度也有很大的影響,研究表明,相同條件下,使用 He為工作氣體比改變其他參數(shù)更能有效地提高粒子速度,例如相同條件下,使用He比使用N2更能提高粒子的平均速度約200m/s[15]。

(2)粉末粒子因素:粒子直徑越小,越容易獲得和工作氣體一樣的速度,然而,由于它們的動(dòng)量較小,在撞擊基體前受到基體表面激波的作用,很容易偏離運(yùn)動(dòng)方向,導(dǎo)致其垂直于基體表面的速度分量變小,從而使涂層質(zhì)量下降;而粒子直徑太大,雖然有足夠的動(dòng)量克服基體表面的激波,但是粒子加速比較困難,也容易阻塞噴槍。由此可見,合適的粒子直徑是得到優(yōu)良涂層的重要前提。

顆粒密度是噴涂粉末材料的物理特性,同樣能影響粒子在工作氣體中的加速性能,一般來說,密度越小的顆粒,越容易獲得更高的速度,得到致密的涂層。

粉末材料在工作氣體中受到的拖拽力大小主要受粒子的截面積和拖拽系數(shù)影響,不規(guī)則粒子的受力比球形粒子大,加速性能優(yōu)于球形粒子[16]。

(3)噴槍因素:噴槍是冷噴涂最重要的設(shè)備之一,噴槍的喉部直徑,噴管長度和噴嘴形狀都能影響工作氣體的馬赫數(shù),從而影響粒子速度[15]。使用長的噴槍有利于粒子達(dá)到工作氣體的速度,同時(shí)提高噴嘴的膨脹率也能提高粉末粒子的速度[2]。而粒子速度對(duì)噴嘴形狀不敏感,噴槍也不能過長,因?yàn)閴毫Φ臏p小會(huì)在噴槍內(nèi)形成激波,導(dǎo)致工作氣體和粒子速度下降。Gartner F[5]的計(jì)算結(jié)果顯示,采用鐘形噴槍比采用標(biāo)準(zhǔn)噴槍更能獲得均勻的速度場(chǎng),同時(shí)能有效抑制噴槍內(nèi)激波的產(chǎn)生。

在噴涂實(shí)驗(yàn)中,隨著噴涂距離的增大,可以把粒子沉積過程劃分為3個(gè)階段[16]:較小區(qū)、中等區(qū)和較大區(qū)。在距離較小區(qū)域,由于基體表面激波的作用大幅降低了工作氣體和粒子的速度及其沉積效率,因此,隨著噴涂距離的增加,激波能量變小,粒子速度增加,沉積效率提高;在距離中等區(qū)域,沉積效率保持在較恒定的范圍內(nèi),只要工作氣體速度高于粒子速度,粒子仍能獲得加速;在距離較大區(qū)域,工作氣體速度低于粒子速度,導(dǎo)致粒子速度降低。

其他一些工藝參數(shù),例如基體的溫度和表面粗糙度及粉末粒子的填充速率等都會(huì)影響粒子與基體/粒子與粒子之間的結(jié)合強(qiáng)度,從而影響涂層的微觀組織和力學(xué)性能。一般來說基體溫度的提高有利于增強(qiáng)噴涂粉末粒子與基體的結(jié)合力[17],主要是因?yàn)闇囟忍岣?基體材料發(fā)生熱軟化,受到粒子撞擊時(shí)更容易發(fā)生變形而形成冶金結(jié)合;但是溫度太高容易導(dǎo)致粒子和基體界面氧化及晶粒長大,從而使結(jié)合力降低。基體表面合適的粗糙度和硬度也有利于涂層的形成[18],一般在噴涂之前,需要對(duì)基體進(jìn)行丙酮清洗去除表面的油污,隨后使用20μm左右的氧化鋁粒子進(jìn)行噴砂處理,該處理提高粗糙度的同時(shí)也使基體材料發(fā)生表面硬化,所以合理控制噴砂工藝也很重要。粉末粒子的填充速率直接影響涂層的沉積效率[19];在冷噴涂其他工藝參數(shù)相同的條件下,填充速率較小時(shí)沉積效率較高,但涂層結(jié)合力相對(duì)較差;填充速率較大時(shí)盡管沉積效率低一些,但粒子與基體/粒子與粒子之間的結(jié)合更加緊密[14],同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意,填充速率太大可能會(huì)使粒子黏附在噴槍內(nèi)壁,阻塞噴槍。

要獲得缺陷少、質(zhì)量高的涂層需要制定一整套合理的工藝參數(shù)。雖然氣體溫度的升高能使粒子的速度增加,從而增加粒子的動(dòng)能以至于更加容易和基體發(fā)生結(jié)合[11],但氣體溫度不能太高,一方面會(huì)導(dǎo)致粉末顆粒內(nèi)部的晶粒長大,惡化噴涂顆粒的性能;另一方面,溫度太高會(huì)使噴涂粒子在噴槍內(nèi)發(fā)生融化,阻塞噴槍。同時(shí),氣體溫度也不能太低,在氣體溫度降低的情況下,要使噴涂粒子發(fā)生沉積,必須增加氣體壓力,而氣體壓力受限于設(shè)備的能力[20]。另外,噴涂顆粒的直徑和噴涂距離等太大或是太小都會(huì)對(duì)顆粒速度產(chǎn)生不利的影響,因此對(duì)特定材料的冷噴涂工藝優(yōu)化顯得至關(guān)重要。

4 冷噴涂技術(shù)的應(yīng)用

在冷噴涂過程中,噴涂粒子撞擊到基體上的溫度不僅低于工作氣體的溫度,也低于其本身的熔點(diǎn),涂層可以較好地保留噴涂粒子的各種微觀組織和特征。由于冷噴涂的這些優(yōu)點(diǎn),使該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[5],例如汽車工業(yè)和計(jì)算機(jī)工業(yè)中的散熱裝置(銅涂層),醫(yī)用工程中的防腐涂層(鈦涂層和不銹鋼涂層),以及半導(dǎo)體、電子工業(yè)和國防工業(yè)中的功能涂層,目前研究人員已經(jīng)采用冷噴涂技術(shù)制備了各種涂層。

4.1 制備納米涂層

由于冷噴涂過程能很好地保留噴涂粒子的各種物理特性,因此使冷噴涂技術(shù)制備納米涂層成為可能。Ajdelsztajn L等[21]噴涂前在液氮保護(hù)的條件下使用機(jī)械碾磨的方法將5083鋁合金粉末加工成20～30nm的顆粒,然后噴涂到鋁合金基體上,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示原料粉末中的納米晶粒結(jié)構(gòu)在冷噴涂后很好地保留了下來,同時(shí)納米涂層的硬度(HV261)比經(jīng)過冷加工鋁合金基體的硬度(HV104)還要高。

4.2 制備功能涂層

鈦鋁合金是應(yīng)用較多的高溫材料,主要是由于它不僅密度低,強(qiáng)度高,耐腐蝕性好,同時(shí)其高溫力學(xué)性能也比較優(yōu)越,但是傳統(tǒng)的制造方法主要是鑄造,而鑄造的鈦鋁合金不僅在室溫下,同時(shí)在高溫下的加工性能很差,因此采用粉末冶金這樣的凈成型加工方法成為一種趨勢(shì)。對(duì)于噴涂Ti+Al粉末來說,涂層的主要組織為 Ti粒子和Al粒子,所以對(duì)涂層進(jìn)行熱處理加強(qiáng)粒子間的反應(yīng)和擴(kuò)散而形成中間合金顯得特別重要。Novoselova T[22]采用該方法制備了 TiAl涂層,涂層經(jīng)合適的熱處理工序后,生成了金屬間化合物TiAl3,α-TiAl2,TiAl和Ti3Al。而Lee H Y[7,23]在退火溫度高于450℃的工藝條件下制備了AlNi涂層,在涂層中檢測(cè)到了Al3Ni和Al3Ni2金屬間化合物相;同時(shí)在退火溫度高于630℃時(shí)制備了AlTi涂層。Ning XJ[24]分別在鋁,銅和不銹鋼基體上沉積了Al-Sn二元合金涂層,該二元合金是汽車工業(yè)中使用非常廣泛的滑動(dòng)軸承的主要來源,相對(duì)于傳統(tǒng)的Al-Sn層制備方法,冷噴涂顯得經(jīng)濟(jì)和高效。

4.3 維修和表面改性

實(shí)際使用的構(gòu)件表面可能發(fā)生磨損和劃傷等缺陷而導(dǎo)致失效,使用冷噴涂進(jìn)行表面修復(fù)具有很大的優(yōu)勢(shì):首先構(gòu)件不需要預(yù)熱并且在修復(fù)(噴涂)過程中受熱小;其次修復(fù)的效率高,速度快;最后涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度較高,同時(shí)具有良好的沖擊韌性。美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室[25]使用冷噴涂技術(shù)修復(fù)直升機(jī)用鎂合金曲軸箱外殼,分別使用N2和 He作為工作氣體噴涂CP-Al粉末,得到的涂層致密,缺陷少,結(jié)合強(qiáng)度分別為58.6MPa和71.3MPa;而耐腐蝕性能也非常優(yōu)異,鹽霧實(shí)驗(yàn)分別為336h和610h,顯示鎂合金表面冷噴涂Al涂層是一種較好的表面處理和修復(fù)方法,同時(shí)使用He得到的涂層具有更加優(yōu)越的綜合性能。

5 國內(nèi)外冷噴涂研究方向

冷噴涂是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的涂層制備技術(shù),因此在短時(shí)間內(nèi)受到了廣泛重視,主要有以下研究方向:

(1)冷噴涂實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化,由于冷噴涂中最重要的部件是噴槍,所以合理設(shè)計(jì)噴槍前端粉末粒子與高速氣體的混合室,以及使用流體動(dòng)力學(xué)改進(jìn)噴槍的形狀和其他相關(guān)參數(shù)(如喉部直徑,擴(kuò)張段長度)[20]顯得特別重要,同時(shí)改進(jìn)噴槍比使用其他方法來提高粒子速度顯得更加經(jīng)濟(jì)。

(2)使用計(jì)算機(jī)軟件輔助流體動(dòng)力學(xué)模擬冷噴涂過程能使研究人員更好、更直觀地了解冷噴涂的各個(gè)階段粉末粒子的速度特性、運(yùn)動(dòng)軌跡、相互作用及結(jié)合過程,同時(shí)根據(jù)模擬結(jié)果和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案以及驗(yàn)證與冷噴涂相關(guān)的理論。目前使用較多的模擬軟件是 Fluent。Grujicic M[4]采用數(shù)學(xué)模型解釋了實(shí)驗(yàn)中得到的Cu在Al上的沉積率高于Al在Cu上的沉積率的現(xiàn)象;Takana H[26]模擬了在冷噴涂過程中施加靜電場(chǎng)對(duì)粒子沉積的影響;Van Steenkiste T H[14]根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象把冷噴涂涂層形成過程分為4個(gè)階段,并且認(rèn)為粒子在不同的入射速度下,幾個(gè)階段幾乎同時(shí)發(fā)生,涂層最后的性能取決于幾個(gè)階段競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果;其他學(xué)者采用數(shù)學(xué)模型模擬了工作氣體的速度、溫度及粒子在噴槍出口和撞擊基體時(shí)的各個(gè)物理參數(shù)[2,5,6,11,15]。

(3)噴涂前對(duì)基體和粉末材料進(jìn)行前處理,噴涂后對(duì)涂層進(jìn)行后處理,提高涂層的相關(guān)性能。Lee H Y[7,27]采用后續(xù)的熱處理工藝制備了Al-Ni和Al-Ti金屬間化合物涂層,檢測(cè)結(jié)果表明中間化合物在Al基體中均勻分布;Novoselova T[22]制備了Al-Ti中間化合物涂層,證實(shí)了隨著熱處理溫度的改變,涂層中的化合物成分也隨之改變。

(4)使用冷噴涂制備復(fù)合涂層、納米涂層和其他涂層,拓展冷噴涂的應(yīng)用范圍。例如在Cu合金上采用冷噴涂方法制備了熱障涂層CuCrAl合金[28],在973～1073K條件下進(jìn)行熱循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn),表面噴涂后使熱氧化的質(zhì)量損失由80%降為10%,顯示涂層具有優(yōu)越的抗氧化能力。

(5)針對(duì)不同的噴涂材料和基體,研究涂層的顯微結(jié)構(gòu)、孔隙率和粘接強(qiáng)度,在此基礎(chǔ)上完善冷噴涂結(jié)合理論和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法。Xu Y[19]在Al基體上沉積了聚乙烯塑料,表明在噴涂過程中聚乙烯粒子并沒有熔化,但是其沉積效率比一般的金屬還低。

6 結(jié)束語

冷噴涂作為一種新的涂層制備技術(shù)近年來得到了廣泛關(guān)注,由于它避免了熱噴涂的一些缺點(diǎn),制備的涂層致密,孔隙率低,另外涂層氧化物含量低、硬度高,熱應(yīng)力小,涂層幾乎不改變粉末粒子的組織結(jié)構(gòu),因此適合制備納米涂層和復(fù)合涂層。冷噴涂的沉積機(jī)理目前還不是很清楚,有待進(jìn)一步研究和完善。使用冷噴涂可以制備導(dǎo)電、耐熱、耐磨和耐腐蝕涂層,已經(jīng)被一些機(jī)構(gòu)用于生產(chǎn)和修復(fù)工業(yè)部件,將會(huì)在航空航天、汽車工業(yè)和國防工業(yè)等領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

[1]GRUJ ICIC M,ZHAO C L,DEROSSET W S,et al.Adiabatic shear instability based mechanism for particles/substrate bonding in the cold-gas dynamic-spray process[J].Materials&Design, 2004,25(8):681-688.

[2]DYKHUIZEN R C,SMITH M F.Gas dynamic principles of cold spray[J].Journal of Thermal Spray Technology,1998,7(2): 205-212.

[3]ASSADI H,GARTNER F,STOL TENHOFF T,et al.Bonding mechanism in cold gas spraying[J].Acta Materialia,2003,51 (15):4379-4394.

[4]GRUJICIC M,SAYLOR J R,BEASLEY D E,et al.Computational analysis of the interfacial bonding between feed-powder particles and the substrate in the cold-gas dynamic-spray process[J].Applied Surface Science,2003,219(3-4):211-227.

[5]GARTNER F,STOL TENHOFF T,SCHMIDT T,et al.The cold spray process and its potential for industrial applications[J].Journal of Thermal Spray Technology,2006,15(2):223-232.

[6]LI Chang-jiu,LI Wen-ya,WANG Yu-yue,et al.A theoretical model for prediction of deposition efficiency in cold spraying[J].Thin Solid Films,2005,489(1-2):79-85.

[7]LEE H Y,JUNG S H,LEE Y,et al.Alloying of cold-sprayed Al-Ni composite coatings by post-annealing[J].Applied Surface Science,2007,253(7):3496-3502.

[8]GRUJICIC M,ZHAO C L,TONG C,et al.Analysis of the impact velocity of powder particles in the cold-gas dynamic-spray process[J].Materials Science&Engineering A,2004,368(1-2):222-230.

[9]MORGAN R,FOX P,PATTISON J,et al.Analysis of cold gas dynamically sprayed aluminium deposits[J].Materials Letters, 2004,58(7-8):1317-1320.

[10]BARRADAS S,MOLINS R,J EANDIN M,et al.Application of laser shock adhesion testing to the study of the interlamellar strength and coating-substrate adhesion in cold-sprayed copper coating of aluminum[J].Surface&Coatings Technology,2005,197(1):18-27.

[11]STOL TENHOFF T,KREYE H,RICHTER H J.An analysis of the cold spray process and its coatings[J].Journal of Thermal Spray Technology,2002,11(4):542-550.

[12]STOL TENHOFF T,VOYER J,KREYE H.Cold spraying-state of the art and applicability[A].LUNGSCHEIDER E F.International Thermal Spray Conference[C].Essen,Germany:DVSVerlag GmbH,2002.366-374.

[13]GILMORE D L,DYKHUIZEN R C,NEISER R A,et al.Particle velocity and deposition efficiency in the cold spray process [J].Journal of Thermal Spray Technology,1999,8(4):576-582.

[14]VAN STEENKISTE T H,SMITH J R,TEETS R E.Aluminum coatings via kinetic spray with relatively large powder particles[J].Surface&Coatings Technology,2002,154(2-3): 237-252.

[15]JODOIN B,RALETZ F,VARDELLE M.Cold spray modeling and validation using an optical diagnostic method[J].Surface& Coatings Technology,2006,200(14-15):4424-4432.

[16]PATTISON J,CELOTTO S,KHAN A,et al.Standoff distance and bow shock phenomena in the cold spray process[J].Surface&Coatings Technology,2008,202(8):1443-1454.

[17]KLINKOV S V,KOSAREV V F,REIN M.Cold spray deposition:significance of particle impact phenomena[J].Aerospace Science&Technology,2005,9(7):582-591.

[18]RICHER P,JODOIN B,AJDELSZTAJN L,et al.Substrate roughness and thickness effects on cold spray nanocrystalline Al-Mg coatings[J].Journal of Thermal Spray Technology,2006,15 (2):246-254.

[19]XU Y,HUTCHINGS L M.Cold spray deposition of thermoplastic powder[J].Surface&Coatings Technology,2006,201 (6):3044-3050.

[20]JODOIN B.Cold spray nozzle mach number limitation[J].Journal of Thermal Spray Technology,2002,11(4):496-507.

[21]AJDELSZTAJN L,SCHOENUNG J M,JODOIN B,et al.Cold spray deposition of nanocrystalline aluminum alloys[J].Metallurgical&Materials Transaction A,2005,36(3):657-666.

[22]NOVOSELOVA T,CELOTTO S,MORGAN R,et al.Formation of TiAl intermetallics by heat treatment of cold-sprayed precursor deposits[J].Journal of Alloys&Compounds,2007,436 (1-2):69-77.

[23]LEE H,LEE S,KO K.Annealing effects on the intermetallic compound formation of cold sprayed Ni,Al coatings[J].Journal of Materials Processing Technology,2009,209(2):937-943.

[24]NING X J,JANGJ H,KIM H J,et al.Cold spraying of Al-Sn binary alloy:coating characteristics and particle bonding features [J].Surface&Coatings Technology,2008,202(9):1681-1687.

[25]CHAMPAGNE V K.The repair of magnesium rotorcraft components by cold spray[J].Journal of Failure Analysis&Prevention,2008,8(2):164-175.

[26]TAKANA H,OGAWA K,SHOJI T,et al.Computational simulation of cold spray process assisted by electrostatic force [J].Powder Technology,2008,185(2):116-123.

[27]LEE H Y,JUNG S H,LEE S Y,et al.Fabrication of cold sprayed Al-intermetallic compounds coatings by post annealing [J].Materials Science &Engineering A,2006,433(1-2): 139-143.

[28]RAJ S V,BARRETT C,KARTHIKEYAN J,et al.Comparison of the cyclic oxidation behavior of cold sprayed CuCrAl-coated and uncoated GRCop-84 substrates for space launch vehicles [J].Surface &Coatings Technology,2007,201(16-17): 7222-7234.

Research and Development of Cold Spray Technology

BU Heng-yong1,2,LU Chen1,2
(1 National Engineering Research Center of Light Alloy Net Forming, Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China;2 Key State Laboratory of Metal Matrix Composite,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)

TG174

A

1001-4381(2010)01-0094-05

2009-06-09;

2009-11-17

卜恒勇(1983—),男,博士研究生,主要從事材料表面涂層制備和材料改性研究工作,聯(lián)系地址:上海市閔行區(qū)東川路800號(hào)上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院輕合金精密成型國家工程研究中心(200240),E-mail:buhengyong@sjtu.edu.cn