冷噴涂粒子變形結合行為及涂層組織力學性能研究.pdf

1、通過觀察冷噴涂Ni粒子和Cu合金粒子碰撞基板后的變形形貌研究了氣體溫度和基板硬度對粒子變形結合行為的影響。采用普通金相、掃描電鏡、透射電鏡、電子探針和拉伸實驗等方法表征了冷噴涂Ni涂層退火前后的組織與力學性能，研究了微鍛效應和退火處理對涂層組織與力學性能的影響，分析了Ni涂層微觀組織的演化機制，并探討了冷噴涂金屬涂層的結合機理。實驗結果表明： 隨著氣體溫度的升高，粒子扁平率呈漸緩趨勢增加，射流面積增大，粒子的結合率提高。隨著基板

2、硬度的增加，粒子的扁平率增加，粒子與基板間的結合機制由純機械結合向混合機制（金屬鍵合＋機械結合）過渡，當基板硬度遠高于粒子硬度時，碰撞過程中基板變形量很小，僅粒子發(fā)生強塑性變形，難以形成有效結合。 冷噴涂Ni粒子內(nèi)存在剪切失穩(wěn)薄層、強塑性變形區(qū)與低塑性變形區(qū)三個變形程度不同的區(qū)域，其中粒子與基板的結合質(zhì)量主要受剪切失穩(wěn)薄層控制，而變形后粒子的形狀主要受塑性變形區(qū)控制。 冷噴涂Ni涂層局部區(qū)域內(nèi)的微觀組織有明顯差異：距離粒

3、子界面越近，晶粒的變形程度越嚴重，晶粒細化也越明顯；界面處，微觀組織以帶狀晶和等軸晶為主。兩區(qū)域?qū)慕M織演變機制分別是高應變率動態(tài)再結晶機制和位錯運動導致的晶粒細化機制。 微鍛效應對冷噴涂涂層的質(zhì)量有重要影響，但作用范圍小，屬于短程效應。 隨著退火溫度的升高，冷噴涂Ni涂層的硬度逐漸下降，斷后延伸率逐漸增加，抗拉強度先增后減，其拉伸斷裂行為也由脆性斷裂過渡到脆性、延性混合斷裂，最后轉(zhuǎn)變?yōu)檠有詳嗔选?合理的后續(xù)退

4、火處理可以大幅提高冷噴涂Ni涂層的抗拉強度，但退火難以消除涂層中大的缺陷，不能顯著增加斷后延伸率。涂層在高溫退火時（如Ni涂層900℃退火），易發(fā)生異常晶粒長大、氧化物球化團聚以及各種缺陷向晶界擴散聚集形成孔洞等現(xiàn)象，這均降低了高溫退火涂層的抗拉強度。 冷噴涂金屬涂層的主要結合機制為絕熱剪切失穩(wěn)機制，機械結合機制次之，擴散機制可以忽略。其中剪切失穩(wěn)機制可歸納如下：當粒子碰撞速度達到或超過臨界速度時，絕熱摩擦和絕熱剪切使熱能“沉積