冷喷涂(金属气体动力喷涂gds)技术冷方法的产生和它的现状

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1、冷喷涂（金属涂层气体动力喷涂）技术方法的产生和它的现状卡史林阿·伊·.——奥柏尼斯克粉末喷涂中心执行经理史柯得金阿·弗·——奥柏尼斯克粉末喷涂中心总工艺师（本文写于2006年）金属涂层的气体动力喷涂方法是大约在二十年前，由俄罗斯学者第一次提出的，并得到研究人员和专家们的广泛关注。在2004年以前，气体动力喷涂是一个够新的技术，并不被重视﹝1﹞。近十几年以来，本方法在各领域发展得如此之快﹝2﹞﹝3﹞，是与它的基本特性有直接的关系。这个特性就是能采用.未熔融金属颗粒，在被加工表面上制造金属涂层。气体动力喷涂技术与众所周知的热

2、气喷涂方法不同，涂层气孔率很低，基体材料和涂层的热负荷很小，材料氧化少，消除了涂层中结晶化不均匀的现象。（一）气体动力喷涂方法的产生原苏联科学院西伯利亚分院理论和应用力学所﹝4﹞的学者阿·巴·阿尔赫莫夫、弗·费·柯沙列夫和阿·尼·马比林，将铝以超音速双相流绕过阻碍物时，发现它沉积在阻碍物的顶部。这便是气体动力喷涂金属涂层方法的历史起源。他们研究发现，当粒子流的速度超过一定值，即所谓的临界速度时，在阻碍物上沉积一层硬厚的金属粉末涂层。作者们称它为“冷气动力喷涂”﹝5﹞﹝6﹞。方法的实质，原则上是够简单的。被驱动的未熔融金属

3、颗粒的速度达到500-1000米/秒时，与阻碍物发生碰撞，会产生强烈的变形，并在表面固化形成厚涂层。利用这种方法，作者们获得了许多金属（Al、Cu、Zn、Ni、Co、V、Fe、Ti等）、它们的合金和混合物的涂层。最初的一些研究发现：随着粒子沉积效益的增加，当速度超过临界速度时，观察到颗粒的变形程度减弱，涂层的硬度降低和它的气孔率增加﹝5﹞。此外，为了使粒子达到临界速度，大多数情况下，要求采用单一的原子气体，例如氦气。这阻碍了该方法实际应用的扩展。因此，必须扩大研究范围，不仅要研究涂层的特性，而且还要研究其工作最佳方式和寻

4、找实现本技术的具体办法。（二）气体动力喷涂技术的基本参数由于气体动力喷涂未熔融金属颗粒的方法应用很广泛，所以登记了专利﹝7﹞。专利的基本点﹝8﹞是：---加速气流的温度应该低于颗粒材料的熔点温度或热软化的温度；---颗粒的大小应处于1-50微米范围内；---颗粒的速度与其材料和颗粒的尺寸有关，为300-1000米/秒。作者﹝8﹞介绍“冷气动力喷涂”典型的双相气流参数组如下：---推动气流的压力，大气压10-30---推动气流的温度，摄氏.度0-700---气体消耗量，米3/分1-2---粉末材料供给量，公斤/小时5-15

5、---喷涂距离，毫米10-50---需要的功率（加热气体用），千瓦5-25---颗粒尺寸，微米1-50以上参数只供研究气体动力喷涂过程使用运载气体的参数为了进行气体动力喷涂，必须加速气体颗粒，形成颗粒流。我们首先应该注意获得更高的气流速度，而它与音速a有直接的关係，为：其中，μ一气体分子量；γ—绝热常数；Cp／Cv相对热容量；T—气体的绝对温度R—气体万能常数当气温度为0摄氏度时，某些气体的音速如下：表1气体音速米／秒绝热係数克分子量克／摩尔密度公斤／米3空气3311.40291.29氮气3341.40281.25氖气4

6、351.66200.90氦气9651.6640.18氢气12841.4020.09为了得到超音速气流，需用超音速喷嘴一拉瓦尔式喷嘴（包括收缩和扩展两部分）加速气体。当气体通过临界喷嘴断面（最窄处）时，气体速度就是此部位的音速，而在喷嘴出口扩展部位，其速度可能超过音速若干倍。从表1中可以看出，气流在氦气中比在空气中更容易达到高速。因此，单从这点考虑，对于气体动力喷涂，最好是采用氦气或它与空气的混合物。从公式（1）得出，加热气体能使其音速增大。因此，喷嘴中的气流速度也增大。这种特性常用于喷涂设备的设计工作中。加热气体的功率可

7、达到几十千瓦，而压缩气体的温度可达几百度。在这种情况下，好像冷气动力喷涂是温热的，甚至好像是酷热的。但是，沉积颗粒还是未熔融的固体状态。质量为Mp的气体颗粒的加速度a为，其中Cd---颗粒的空气动力阻抗系数；Sp---颗粒的有效断面积；Pg---加速气体的密度；Vg---气流的速度；Vp---颗粒的速度。必须指出：颗粒的加速度a，除了与上述参数有明显的关系以外；而且其中Cd（气体动力阻抗系数）不仅与颗粒的形状和尺寸有关，而且与相互作用的气体参数（速度、密度、粘度和温度）也有关系。因此，决定加速效率，不仅与气流速度有关，而

8、且与它的其它参数，以及颗粒的特性都有关系。图1上所载的是，运动在超音速喷嘴中的气流速度变化与温度的关系曲线。虚线表示喷嘴临界断面和气体喷出断面的位置。图1沿喷嘴中心轴气体速度Vg变化与温度Tg的特性曲线加速气体的制动压力是形成气流的决定因素，气体压力的增加会扩大喷嘴开口的程度，从而使气流速度增大；除了对气流产生严重影