冷气动力喷涂在俄罗斯的发展和现况.PDFVIP

冷气动力喷涂在俄罗斯的发展和现况 吴国安 俄罗斯圣彼得堡信息技术、机械及光学大学 教授 吴凡 北京创选彼得科贸有限责任公司 总经理 冷气动力喷涂在上世纪八十年代初，起源于前苏联俄罗斯联邦加盟共和国。苏联解体后， 俄罗斯联邦宣布独立。冷气动力喷涂也逐渐在俄罗斯得到发展，主要是沿着两条独立的发展 道路进行的。一条是以俄联邦科学院西伯利亚分院理论与应用力学研究所为首的高压气体动 力喷涂的发展道路，另一条是以奥柏尼斯克粉末中心为主体的低压气体动力喷涂的发展道路。 目前，俄国在这两个发展方向都取得了显著的成就。这两个单位、共七名学者和专家（5 名 出自理论与应用力学研究所，两名来自粉末中心）共同获得该项技术2011 年度俄联邦政府 奖。俄国的冷气动力喷涂的水平，无论是应用理论研究，还是工业化推广，都处于世界领先 地位。 （一） 冷气动力喷涂物理现象的发现 上世纪八十年代初，原苏联科学院西伯利亚分院理论与应用力学研究所学者阿尔赫莫夫 （Alkhimov A.P. ）、柯沙列夫（Kosarev V.F.）和帕培林（Papyrin A.N.），将铝粒子以超音速双 相流绕过靶材时，发现铝粒子沉积在靶材的顶部。这种物理现象的发现就是冷气动力喷涂的 起源。他们随后的研究进一步证明，当这种双相粒子流速度超过一定值，即所谓临界速度时， 能够在靶材表面上沉积一层硬并且厚的金属粉末涂层。西伯利亚的学者们把这种物理现象称 为“冷气动力喷涂”。 冷气动力喷涂的实质，原则上是十分简单的。被启动的未熔融金属粒子速度达到 500-1000 米/秒时，与基体表面相撞后会产生强烈的形变，并在表面固化形成涂层。粒子的 加速度a 是主要的核心问题。 其中， -粒子的质量； -粒子的空气动力阻抗系统； -粒子有效断面积； -加速气体的密度； -气流速度； -粒子速度。 研究证明，粒子的加速度a，除以上关系外，一方面与粒子的形状和尺寸有关，另一方 面也与气体的参数（速度、密度、粘度和温度）有关系。 1983 年西伯利亚分院理论与应用力学研究所的学者在当时的原苏联申请了发明权， 1986 年得到原苏联政府批准。 1991 年原苏联解体后，冷气动力喷涂，作为一种新型的喷涂技术逐步被世界各国的学 者和专家所认识和接受；但是直到2004 年前尚未获得足够的重视，更谈不上发展。 （二） 冷气动力喷涂在俄罗斯的发展 从上世纪九十年代开始，俄国的学者和专家逐步认识到冷气动力喷涂的优点：被喷涂表 面温度低、结合强度高、气孔率低、设备结构操作简单等;并沿着高低压冷气动力喷涂两个 方向，发展应用研究和工业化推广。目前在俄国除了以上提及的西伯利亚分院理论与应用力 学研究所与奥柏尼斯克粉末中心以外，还有赫鲁尼切夫设计局、普罗梅德中央结构材料研究 院、水运科学院和莫斯科航空大学等许多单位也在开发研究。 西伯利亚力学所对高压冷气动力喷涂做了大量的研究工作。这包括冷气动力喷涂的基础、 物理特性、作用机制、计算理论、工艺装置、喷涂工艺和涂层特性以及金属涂层的开发等。 阿尔赫莫夫教授等在2011 年，将他们从1984 年到2008 年研究工作的成果基本上全部编写 在一书中。这本书名为“冷气动力喷涂理论与实践”。该书2011 年由莫斯科物理数学出版社 发行。共535 页，参考文献270 篇（文献覆盖俄内外）。 奥柏尼斯克粉末喷涂中心从组建开始（1992 年）就只从事低压冷气动力喷涂，其目的 是研制出能够