作者简介

第一作者

黄春杰，现任德国汉堡联邦国防军大学材料技术所研究助理，主要从事冷喷涂固态成形和搅拌摩擦固相加工的研究；2018年取得法国UBFC大学博士学位和比利时鲁汶大学（法语）全职博士后，2019-2021从事德国“洪堡学者”基金研究（2018.07获批）；参与德国科学基金会DFG、欧盟研究委员会ERC、欧盟玛丽居里国际合作基金、国家自然科学基金等多个科研项目，主持省部级课题1项；发表学术论文35篇（h因子16），参编英文专著1项，授权专利3项；多次受邀在国际会议及国内外知名大学做学术报告，担任国内外多个期刊的客座编辑、编委和论文评审人，担任国际热喷涂杂志JTST最佳论文评审委员；已共同指导博士/硕士/学士论文2/4/10人。

通讯作者

李文亚，西北工业大学教授/博导。主要研究摩擦焊接、冷喷涂等固相连接界面结合机理及质量评价与控制。主持国家自然科学基金（国际合作重点1项、面上2项、青年1项）、预研项目等国家及省部级项目40余项。在Prog Mater Sci、Inter Mater Rev、Acta Mater等共发表第一或通讯作者SCI论文200余篇，WoS他引7000余篇次，H因子49；获授权国家发明专利19件。获国家自然科学二等奖1项（排4）、陕西省科技二等奖1项（排1）、一等奖1项（排2）等。目前担任国内外多个期刊副主编、学科编辑、主审、编委等，担任国际焊接学会压力焊专委会摩擦焊分会共同主席、中国机械工程学会焊接学会青工委主任、计算机辅助焊接工程专委会副主任、压力焊专委会委员、中国有色金属学会先进焊接与连接专业委员会副主任等。

文章简介

冷喷涂技术及其系统的研究现状与展望

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简介了冷喷涂系统的组成结构、喷涂材料的种类及涂层的组织结构与性能；其次，探讨了高压/低压冷喷涂和真空冷喷涂工艺及其设备的发展现状，讨论了基于喷枪或喷嘴设计的冷喷涂工艺设计与优化，如内孔冷喷涂、脉冲式气体冷喷涂和径向冷喷涂，介绍了针对其他技术辅助传统冷喷涂工艺的发展，包括激光辅助冷喷涂、静电辅助冷喷涂、磁场辅助冷喷涂、搅拌摩擦加工辅助冷喷涂增材制造等；最后，指出了冷喷涂工艺及系统发展尚存的关键问题，并对其材料研究和工业应用进行了展望。

关键词：冷喷涂；材料沉积；结构性能；增材制造；喷嘴设计；工艺设计

01 论文配图

冷喷涂沉积的不同类型的金属和金属基复合材料涂层

高压冷喷涂（HPCS）

其他高压冷喷涂设备

低压冷喷涂（LPCS）

LPCS低压冷喷涂系统修复实例

真空冷喷涂（VCS，又叫气浮沉积：AD）系统结构示意图

脉冲气体动力冷喷涂

激光辅助冷喷涂

静电力辅助冷喷涂

搅拌摩擦加工原位辅助冷喷涂技术

02 总结与展望

冷喷涂技术自20世纪80年代中期被前苏联科学院理论与应用力学研究所发现至今，其工艺原理和涂层沉积机理已经得到了大量的研究，这些研究对冷喷涂系统的开发具有重要的理论意义。冷喷涂系统质量对沉积体的性能和粉末的沉积效率有重要的影响。冷喷涂系统的不断更新迭代，使冷喷涂技术的理论研究不断地应用在实践生产上，并由实验室研究逐渐走向工业生产应用。

在冷喷涂的材料研究、沉积工艺和结合机理等方面仍需大量的基础研究，例如：1）在冷喷涂材料体系和涂层/基体组合上仍存在大量的探索空间；2）如何通过粉末的粒径、形貌、内部组织和表面氧化状态来优化沉积效率；3）揭示气固两相流过程中气流与颗粒的热动力学行为；4）如何通过研究颗粒沉积过程中的组织演变，从而预测沉积体的最终力学性能和断裂特征；5）进一步解释真空冷喷涂陶瓷、冷喷涂金属复合材料和聚合物材料的沉积行为和结合机制。

此外，冷喷涂作为一种具有潜力的固相增材制造和修复的方法，在制备高强韧块材、复杂零部件和损伤修复尚存在一些关键难题，例如：1）如何通过机械手编程控制喷枪移动轨迹来增材制造或修复复杂结构的零部件，并根据零部件的尺寸大小及涂层表面距离喷枪距离来实时反馈并调节喷涂工艺参数，是冷喷涂在今后增材制造及零部件修复等领域的主要工作；2）如何通过机械手编程和喷嘴结构设计来进一步提高沉积成形件的精度以及成形零件的复杂度，并使之满足近净成形的要求；3）冷喷涂制备的块材塑性极低，因此如何采用传统的单一冷喷涂技术或者复合工艺制备强塑性均高的块材仍是需要解决冷喷涂沉积体作为工程结构材料的重要难题；4）冷喷涂喷嘴堵嘴问题，仍是大批量工业应用的障碍，如何从喷嘴设计、喷嘴材料选择、辅助冷却等各方面寻找有效措施，仍是亟需开展的工作。

引文格式：

黄春杰, 殷硕, 李文亚*, 郭学平. 冷喷涂技术及其系统的研究现状与展望[J]. 表面技术, 2021, 50(7): 1-23.

HUANG Chun-jie, YIN Shuo, LI Wen-ya*, GUO Xue-ping. Cold spray technology and its system: research status and prospect[J]. Surface technology, 2021, 50(7): 1-23.