《表1 球形颗粒与不规则颗粒的Ti粉所得涂层的试验条件和结果[28]》

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《冷喷涂制备钛及钛合金涂层研究进展》

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早前，西安交通大学热喷涂实验室的李长久等[27]分别采用N2和He作为喷涂气体制备了Ti涂层，显微组织观察结果表明，用He制备的涂层较用N2制备的涂层而言，其组织更加致密，涂层顶部的多孔层厚度也明显降低，其主要原因是在He条件下粒子能获得更大的速度，从而发生更充分的变形。加拿大学者Wong等[28]从气体温度、压力、喷枪移动速度等方面系统研究了喷涂参数对不同形状的Ti及Ti6Al4V涂层的影响。其结果如表1所示[28]。当气体的温度和压力提高时，粒子的速度提高，涂层的孔隙率随之降低；涂层沉积效率、孔隙率在不同喷涂速度下均无明显差别，然而涂层顶部的显微硬度在低速条件下稍低，可能是因为低速喷涂时基体温度更高，热软化更明显，从而得到的涂层更软一些。相同条件下，Ti6Al4V涂层比Ti涂层更多孔，是因为合金元素的添加使得材料变硬。渥太华大学的PelletierJL等[29]研究了粉末喂料速度和粉末流动速度对涂层的影响，发现喂料速度和粉末流动速度越高，涂层孔隙率越高，厚度越厚，其原因可能是低的喂料速度能够减小后面粒子与先沉积涂层的撞击角度，而粉末流动速度对喷嘴中的气流产生影响所致。此外，喷涂角度和喷涂距离也是影响粒子沉积特性的关键因素。殷硕等[30]研究了喷涂角度对冷喷涂Ti粒子沉积行为的影响，认为非垂直角度喷涂时，粒子与基体的结合会减弱，其单个粒子不同角度撞击基体时的结合状态和涂层横截面形貌见图2和图3[30]；ZahiriSH等[31]采用不同的喷涂距离制备了Ti涂层，结果表明随着喷涂距离的增加，涂层孔隙率上升（见图4）。究其原因是因为喷涂距离增大，粒子速度衰减越大，导致变形动力减小。综合来看，气体温度和压力是影响涂层沉积性能的关键因素。因此，对于钛与钛合金涂层而言，尽可能地采用高的气体温度和压力可以有效提高粒子速度，进而制备高质量涂层。