冷气动力喷涂与KM喷涂：选择哪种更适合？

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：冷气动力喷涂技术是近期发展起来的一门新兴的表面工程新技术。冷气动力喷涂技术是在低温状态下实现涂层的沉积，涂层中形成的残余应力低，涂层厚度可达到数毫米。后者与前者的主要差别在于主要使用低密度气体He，利用He在低压条件容易实现高声速的特性而加速喷涂粉末材料实现涂层沉积，如KM金属喷涂法。

冷气动力喷涂技术是近期发展起来的一门新兴的表面工程新技术。20世纪80年代中期俄罗斯的Alkimov等人偶然发现了该项技术，并且利用该项技术在不同的基体上喷涂沉积纯金属、合金和金属陶瓷复合涂层。到了20世纪90年代获得了实用冷气动力喷涂专利技术，于2000年推出第一台商用计算机控制的冷气动力喷涂设备。

冷气动力喷涂技术是一项既经济又实用的喷涂技术，可用于材料的表面涂层制备，改善和提高材料的表面性能，如耐磨性、耐蚀性、导电性等其他功能性，最终达到提高产品质量的目的。

冷气动力喷涂技术是在低温（相对其他热喷涂工艺方法）状态下实现涂层的沉积，涂层中形成的残余应力低（主要是压应力为主），涂层厚度可达到数毫米。对基体热影响区小，对喷涂粉末热影响、氧化、污染小，制备的涂层可基本保持原始材料的性能。与现有涂层技术相比较，冷气动力喷涂喷涂效率高，粉末利用率高（喷涂粉末可以回收），涂层致密，孔隙率低，残余应力低，对基体材料热影响区小，可以制备高热导率、高导电率的涂层，以及其他功能涂层。目前研究表明，冷气动力喷涂技术可沉积的涂层材料包括大部分金属涂层材料、金属陶瓷涂层材料和有机涂层材料，如Al、Zn、Cu、Ni、Ti、Ag、Co、Fe、Nb、NiCr等金属和合金涂层的制备，高熔点Mo、Ta及高硬度的金属陶瓷Cr₃C₂-NiCr、WC-Co等涂层的制备。冷气动力喷涂特别适合纳米涂层材料的制备，是表面工程领域重要的工艺技术之一，是热喷涂技术的最好补充和扩展。

随着冷气动力喷涂技术的发展，除了经典的CGDS冷气动力喷涂外，又出现了加速气体压力低和气体消耗量较少的低压气体动力喷涂方法，即高压冷气动力喷涂（HPCS）和低压冷气动力喷涂（LPCS）。Inovati公司的KM金属喷涂是典型的低压冷气动力喷涂，而其基本原理都是应用气体动力学原理。前者是将事先预热的高压气体（He、Ar、N₂等单一气体或他们的混合气体）通过喷枪拉瓦尔喷管（Laval nozzle）产生速度高达300～1200m/s高速气流，被喷涂的粉末材料同样由高压气体从轴向进入喷枪，与高速气体混合形成高速粒子流，在完全固态的条件下撞击基体表面，产生较大的塑性变形而沉积于基体表面形成涂层方法。后者与前者的主要差别在于主要使用低密度气体He，利用He在低压条件容易实现高声速的特性而加速喷涂粉末材料实现涂层沉积，如KM金属喷涂法。部分气体当温度为0℃时气体的声速见表2-11。

表2-11 部分气体当温度为0℃时的声速

冷气动力喷涂与KM喷涂：选择哪种更适合？

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