冷噴塗固态成形钛及钛合金

钛及钛合金因其高的比強度、優良的耐蝕性及生(shēng)物(wù)相容性，廣泛應用于航空、航天、化工(gōng)、醫學等領域。然而因钛及钛合金的活性高，易氧化，傳統的制備工(gōng)藝（鑄造、電(diàn)子束焊接和真空等離(lí)子噴塗等）須在真空或者惰性氣體(tǐ)的保護下(xià)，無疑增加了制造成本。近幾年，增材制造技術取得了巨大(dà)進展，在傳統增材制造（激光增材、電(diàn)子束增材和電(diàn)弧增材）過程中(zhōng)，粉末或者絲材經曆熔化-凝固過程，近淨成形零部件，爲钛及钛合金的成形制造開(kāi)辟了一(yī)個新方向。然而高溫的工(gōng)藝過程仍帶來冶金缺陷，比如微裂紋、殘餘應力和變形等。

冷噴塗（Cold Spraying，CS），是一(yī)種基于微米級顆粒高速固态碰撞而結合的成形技術（結合機理與爆炸焊接類似，也可稱作微型固相焊接），自20世紀80年代中(zhōng)期發現以來，受到國内外(wài)學者的廣泛關注。其工(gōng)作原理是将高壓氣體(tǐ)（He、N2、空氣或它們的混合氣體(tǐ)）導入特殊設計的拉瓦爾（Laval）噴嘴，利用高壓氣體(tǐ)在較低的溫度下(xià)（低于噴塗材料的熔點）加速微米尺度的顆粒，使其在固态下(xià)以較高的速度撞擊基體(tǐ)，通過顆粒/基體(tǐ)發生(shēng)劇烈的塑性變形而沉積于基體(tǐ)表面形成塗層。迄今爲止，冷噴塗技術能夠用來制備大(dà)部分(fēn)金屬及其合金（Al、Cu、Ag、Mg、Sn、Zn、Ti、Ni、Fe、Ta、不鏽鋼、Ti6Al4V、高溫合金、高熵合金等）；金屬-金屬複合材料（Al-Cu、Al-Ti、Al-Ni、W-Cu等）、金屬-陶瓷複合材料（Al-Al2O3、Al-SiC、Al-TiN、Ti-SiC等）；甚至非晶（NiTiZrSiSn、Al基、Fe基等）、納米結構金屬材料（nano-Al、Ni、Cu等）。近年來，冷噴塗從塗層制備擴展到成形制造與修複再制造領域，即冷噴塗固态增材制造技術。作爲增材制造家族的新成員(yuán)，冷噴塗在制造業中(zhōng)表現出了巨大(dà)的潛力，引起了全世界重要工(gōng)業領域的關注。

作爲代表性材料之一(yī)，钛及钛合金的高質量冷噴塗成形面臨巨大(dà)挑戰，備受國際同行關注。本文首先系統地探讨了冷噴塗钛及钛合金沉積體(tǐ)的沉積特性及其工(gōng)藝影響因素。顆粒是如何沉積的？沉積體(tǐ)的組織和性能如何？工(gōng)藝參數-組織-性能相關性？其次，現有研究表明钛及钛合金的結合機理與銅、鋁等存在很大(dà)差别，因此理解钛及钛合金的結合機理變得尤其重要。最後，钛及钛合金沉積體(tǐ)的力學性能亟需提高，如何有效地提升其力學性能是另一(yī)個重要難題。目前，通過與其他加工(gōng)技術複合來改善钛及钛合金沉積體(tǐ)的力學性能，稱之爲“冷噴塗複合技術”。

想深入了解冷噴塗技術，特别是冷噴塗钛合金沉積體(tǐ)的組織和性能特性以及強塑化提高技術的科研達人，還在等什麽呢？

該成果受到國家自然科學基金(51875471)的資(zī)助，以及凝固技術國家重點實驗室自主課題(2019-QZ-01)的大(dà)力支持。

西北(běi)工(gōng)業大(dà)學凝固技術國家重點實驗室李文亞教授（第一(yī)作者和通訊作者）、曹聰聰在讀博士和愛爾蘭都柏林大(dà)學的殷碩助理教授，在材料科學頂級期刊《Progress in Materials Science》（影響因子IF2018 = 23.725，5年影響因子IF = 33.01）上發表題爲“Solid-state cold spraying of Ti and its alloys: a literature review”的長篇綜述，以作者多年的研究成果爲主線，深入探讨了冷噴塗钛及钛合金沉積體(tǐ)的影響因素和結合機制，并總結了冷噴塗與其他加工(gōng)工(gōng)藝的複合技術，旨在提升沉積體(tǐ)強塑性，随後總結了沉積體(tǐ)的應用，最後對沉積體(tǐ)的結合機制完善、強塑性的提升、在增材制造和修複再制造領域的應用等提出了展望。綜述全文2萬5千餘字，分(fēn)爲7個大(dà)章節，共含9個重要表格和87張重要圖片，引用了160餘篇參考文獻，内容涵蓋了冷噴塗發現至今30多年來幾乎所有關于冷噴塗钛及钛合金的研究成果。

論文已在線發表：

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100633/

原文鏈接如下(xià)：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S007964251930115X