作者簡介

第一作者

黃春杰，現任德國漢堡聯邦國防軍大學材料技術所研究助理，主要從事冷噴涂固態成形和攪拌摩擦固相加工的研究；2018年取得法國UBFC大學博士學位和比利時魯汶大學（法語）全職博士后，2019-2021從事德國“洪堡學者”基金研究（2018.07獲批）；參與德國科學基金會DFG、歐盟研究委員會ERC、歐盟瑪麗居里國際合作基金、國家自然科學基金等多個科研項目，主持省部級課題1項；發表學術論文35篇（h因子16），參編英文專著1項，授權專利3項；多次受邀在國際會議及國內外知名大學做學術報告，擔任國內外多個期刊的客座編輯、編委和論文評審人，擔任國際熱噴涂雜志JTST最佳論文評審委員；已共同指導博士/碩士/學士論文2/4/10人。

通訊作者

李文亞，西北工業大學教授/博導。主要研究摩擦焊接、冷噴涂等固相連接界面結合機理及質量評價與控制。主持國家自然科學基金（國際合作重點1項、面上2項、青年1項）、預研項目等國家及省部級項目40余項。在Prog Mater Sci、Inter Mater Rev、Acta Mater等共發表第一或通訊作者SCI論文200余篇，WoS他引7000余篇次，H因子49；獲授權國家發明專利19件。獲國家自然科學二等獎1項（排4）、陜西省科技二等獎1項（排1）、一等獎1項（排2）等。目前擔任國內外多個期刊副主編、學科編輯、主審、編委等，擔任國際焊接學會壓力焊專委會摩擦焊分會共同主席、中國機械工程學會焊接學會青工委主任、計算機輔助焊接工程專委會副主任、壓力焊專委會委員、中國有色金屬學會先進焊接與連接專業委員會副主任等。

文章簡介

冷噴涂技術及其系統的研究現狀與展望

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簡介了冷噴涂系統的組成結構、噴涂材料的種類及涂層的組織結構與性能；其次，探討了高壓/低壓冷噴涂和真空冷噴涂工藝及其設備的發展現狀，討論了基于噴槍或噴嘴設計的冷噴涂工藝設計與優化，如內孔冷噴涂、脈沖式氣體冷噴涂和徑向冷噴涂，介紹了針對其他技術輔助傳統冷噴涂工藝的發展，包括激光輔助冷噴涂、靜電輔助冷噴涂、磁場輔助冷噴涂、攪拌摩擦加工輔助冷噴涂增材制造等；最后，指出了冷噴涂工藝及系統發展尚存的關鍵問題，并對其材料研究和工業應用進行了展望。

關鍵詞：冷噴涂；材料沉積；結構性能；增材制造；噴嘴設計；工藝設計

01 論文配圖

冷噴涂沉積的不同類型的金屬和金屬基復合材料涂層

高壓冷噴涂（HPCS）

其他高壓冷噴涂設備

低壓冷噴涂（LPCS）

LPCS低壓冷噴涂系統修復實例

真空冷噴涂（VCS，又叫氣浮沉積：AD）系統結構示意圖

脈沖氣體動力冷噴涂

激光輔助冷噴涂

靜電力輔助冷噴涂

攪拌摩擦加工原位輔助冷噴涂技術

02 總結與展望

冷噴涂技術自20世紀80年代中期被前蘇聯科學院理論與應用力學研究所發現至今，其工藝原理和涂層沉積機理已經得到了大量的研究，這些研究對冷噴涂系統的開發具有重要的理論意義。冷噴涂系統質量對沉積體的性能和粉末的沉積效率有重要的影響。冷噴涂系統的不斷更新迭代，使冷噴涂技術的理論研究不斷地應用在實踐生產上，并由實驗室研究逐漸走向工業生產應用。

在冷噴涂的材料研究、沉積工藝和結合機理等方面仍需大量的基礎研究，例如：1）在冷噴涂材料體系和涂層/基體組合上仍存在大量的探索空間；2）如何通過粉末的粒徑、形貌、內部組織和表面氧化狀態來優化沉積效率；3）揭示氣固兩相流過程中氣流與顆粒的熱動力學行為；4）如何通過研究顆粒沉積過程中的組織演變，從而預測沉積體的最終力學性能和斷裂特征；5）進一步解釋真空冷噴涂陶瓷、冷噴涂金屬復合材料和聚合物材料的沉積行為和結合機制。

此外，冷噴涂作為一種具有潛力的固相增材制造和修復的方法，在制備高強韌塊材、復雜零部件和損傷修復尚存在一些關鍵難題，例如：1）如何通過機械手編程控制噴槍移動軌跡來增材制造或修復復雜結構的零部件，并根據零部件的尺寸大小及涂層表面距離噴槍距離來實時反饋并調節噴涂工藝參數，是冷噴涂在今后增材制造及零部件修復等領域的主要工作；2）如何通過機械手編程和噴嘴結構設計來進一步提高沉積成形件的精度以及成形零件的復雜度，并使之滿足近凈成形的要求；3）冷噴涂制備的塊材塑性極低，因此如何采用傳統的單一冷噴涂技術或者復合工藝制備強塑性均高的塊材仍是需要解決冷噴涂沉積體作為工程結構材料的重要難題；4）冷噴涂噴嘴堵嘴問題，仍是大批量工業應用的障礙，如何從噴嘴設計、噴嘴材料選擇、輔助冷卻等各方面尋找有效措施，仍是亟需開展的工作。

引文格式：

黃春杰, 殷碩, 李文亞*, 郭學平. 冷噴涂技術及其系統的研究現狀與展望[J]. 表面技術, 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.