冷喷涂技术的发展与工业应用.pdfVIP

第17卷增刊 振 动 工 程 学 报 V01．17No．S 2004年8月 JournalofVibration Aug．2004 Engineering 冷喷涂技术的发展与工业应用 赵爱娃 王晓放 吴 杰 熊天英 (大连理工大学热力涡轮机教研室大连，116024)(中国科学院金属研究所沈阳，110016) 摘 要 冷喷涂技术是近二十年内产生并得到蓬勃发展的一种材料改性新技术。冷喷涂由于全过程温度低于喷涂 颗粒的熔点，因而可以大大减小或消除传统热喷涂工艺中遇到的如高温氧化、熔化、残余热应力等问题。本文介绍 了国内外冷喷涂技术的产生、研究发展以及在改进航空发动机压气机内部流动等方面的应用研究状况，展示了冷 喷涂技术的巨大发展潜力与广阔工业应用前景。 关键词：冷喷涂技术；工业应用 中图分类号：TGl74．442 在工件表面喷涂功能涂层以产生耐磨损、耐腐 蚀，抗高温等特殊性能的技术广泛应用于各种工业 商用原型机的出现 领域。在冷喷涂技术产生之前，制备涂层都采用传统 “热”喷涂工艺，如：爆炸喷涂、超音速火焰喷涂、等离 当今冷喷涂技术正处于由研究发展向工业领域 子体喷涂等。冷喷涂是由超音速气流带动微小颗粒 200 (1～50弘m)形成高速射流(300～1m／s)冲击金 推出了第一台商用冷喷涂原型机[6]。该系统采用模 属或绝缘基体产生涂层的过程。冷喷涂技术产生后 块化设计，部件采用标准件设计，目的在于满足各领 得到迅速发展，开始改变喷涂领域的发展状况。其最 域客户的不同需求。该系统主要包括：气体控制模 初由俄罗斯新西伯利亚理论与应用力学研究所的 块，气体加热器，送粉器，喷嘴、数据采集和控制系统 A．Papyrin及其同事提出[1]，他们成功地在各种基 等，夹持喷嘴采用六轴机器人，图1为集成加热器和 体材料上喷涂了覆盖范围广阔的纯金属、合金及复 合材料，分别与1994，1995年取得美国和欧洲专利。 气体控制模块为该系统的核心部分，在数据采集与 而后多家研究中心开始投入研究，包括美国的San— 控制系统地控制下，能精确的控制送往喷嘴的气体。 dia国家研究中心、宾西法尼亚大学、ASB工业有限 另外美国的ASB工业有限公司也开发了自己的冷 公司，德国Bundeswehr大学等。在国内，大连理工大 喷涂系统(如图2)。冷喷涂设备很快会实现完全商业 学率先跟踪和开展了该领域的科学研究并取得了阶 化，在各个领域广泛应用。 段性成果[2j。 影响涂层形成的主要因素是喷涂颗粒的速度， 冷喷涂过程中，由于被喷涂粉末由高速气流夹带以 超音速提供的动能撞击靶板，产生塑性变形侵蚀靶 板，因此，运动粒子存在一个最小速度(一般500 900 m／s)，颗粒速度必须超过此速度才能形成明显 的涂层，既临界速度Vcrit。研究表明，在可能影响 Vcrit的众多因素中，颗粒硬度的影响最大。一般颗 粒速度越大，涂层形成效率越高，孔隙率越小。采用 小分子量的气体(如氦气)，增加喷嘴长度，增加送气 压力与温度，能增加颗粒速度[3~4]。减小颗粒尺寸与 图1 六坐标轴机器人冷喷涂系统 密度也能增加颗粒速度，但过小颗粒会受超音速流 场的激波影响而减速。 收稿日期：2004—04—25 万方数据 652 振 动 工 程 学 报