目的調(diào)控冷噴涂Ni-Al含能結(jié)構(gòu)涂層的微觀結(jié)構(gòu),增加涂層中組元間的接觸面積,提高涂層反應(yīng)速度。方法在Ni、Al混合粉末中引入鑄鋼彈丸,研究噴丸輔助對冷噴涂Ni-Al涂層微觀組織、力學(xué)性能和反應(yīng)特征的影響。采用掃描電鏡（SEM）結(jié)合定量金相方法,表征Ni-Al涂層微觀形貌和Ni、Al組元的接觸面積。通過萬能材料試驗機及分離式霍普金斯壓桿（SHPB）測試Ni-Al涂層的壓縮力學(xué)性能。采用差示掃描量熱分析法（DSC）分析Ni-Al涂層的反應(yīng)溫度及放熱量。通過高速攝影分析Ni-Al涂層的自蔓延反應(yīng)過程和燃燒速度。結(jié)果噴丸輔助冷噴涂所制備的Ni-Al涂層整體致密、無宏觀裂紋。彈丸沖擊提高了涂層中Ni顆粒的變形程度和Ni、Al組元間的接觸面積,對涂層密度和Ni、Al活性組元含量無明顯影響。噴丸輔助冷噴涂Ni-Al在準靜態(tài)和動態(tài)條件下的抗壓強度分別為210～250 MPa及310～335 MPa。引入彈丸提高了冷噴涂Ni-Al涂層的反應(yīng)活性,反應(yīng)起始溫度下降至422℃,并顯著提高了冷噴涂Ni-Al含能結(jié)構(gòu)涂層的自蔓延燃燒速度。當(dāng)鋼丸添加量為77%時,涂層燃燒速度達到416 mm/s,提高近5倍。結(jié)論... 

【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

原始Ni粉和Al粉的形貌及粒徑分布

輔助沉積的Ni-Al涂層表面起伏提高。圖3為無彈丸添加和添加彈丸后所制備Ni-Al涂層的截面形貌。從圖3a可看出，無鋼丸添加的粉末所制備的Ni-Al涂層組織致密，其中連續(xù)分布的暗灰色區(qū)域為Al相，類球形的Ni顆粒均勻分布在Al基體相中。添加彈丸后，Ni-Al涂層整體致密，利用圖像法統(tǒng)計得出孔隙率低于0.1%，在涂層中無鋼丸殘留，涂層中的Al顆粒、Ni顆粒均發(fā)生了明顯的塑性變形，呈現(xiàn)層片狀分布；隨著彈丸含量的增加，Ni顆粒的塑性變形程度顯著增加，在彈丸作用的邊界處，Ni顆粒的變形最為明顯，如圖3c—f中箭頭所示。圖2涂層表面形貌Fig.2SurfacemorphologiesofNi-Alcoatings:a)coldspraying;b)shotpeeningassistedcoldsprayingNi-Alcoating圖3不同鋼丸配比制備的Ni-Al涂層截面顯微組織Fig.3Cross-sectionalmicrostructureofNiAlcoatingpreparedbydifferentsteelpillratio冷噴涂時，當(dāng)粉末粒子速度達到或超過材料的臨界速度時，才可實現(xiàn)粒子的有效沉積[22]。本文對單質(zhì)Ni粉和Al粉的沉積試驗結(jié)果表明，在氦氣壓力和溫度分別為480kPa和150℃的噴涂參數(shù)下，Al粉可實現(xiàn)有效沉積，而Ni粉的速度難以達到其臨界速度而無法直接沉積。因此可以推斷，Ni、Al混合粉末噴涂時，Ni顆粒的沉積依賴于Al顆粒沉積時的裹挾作用，且由于Ni顆粒強度較高，因此涂層中Ni顆粒的變形較校噴涂粉末中添加彈丸后，鑄鋼彈丸被加速至約103m/s，在Ni-Al涂層沉積的同時，彈丸的高速撞擊使涂層中的Ni顆粒和Al顆粒進一步產(chǎn)生強烈的塑性變形，這種原位噴丸強化效應(yīng)是Ni-Al涂層中Ni顆粒呈現(xiàn)層狀分布的主要原因。采用ImagePro軟件對涂層中Ni顆粒的長徑比及Ni、Al接觸面積進

·88·表面技術(shù)2020年11月層的典型宏觀形貌。從圖中可看出，與未添加彈丸制備的涂層相比，采用噴丸輔助冷噴涂沉積的Ni-Al涂層表面觀察到大量凹坑，表面起伏較大。噴丸輔助冷噴涂沉積過程中，Ni、Al粉末和彈丸均被加速。當(dāng)彈丸以一定速度撞擊已沉積涂層時，一方面對已沉積涂層表面產(chǎn)生噴丸效應(yīng)，形成凹坑；另一方面，反彈的彈丸可能對Ni、Al顆粒形成一定的屏蔽效應(yīng)，導(dǎo)致噴丸輔助沉積的Ni-Al涂層表面起伏提高。圖3為無彈丸添加和添加彈丸后所制備Ni-Al涂層的截面形貌。從圖3a可看出，無鋼丸添加的粉末所制備的Ni-Al涂層組織致密，其中連續(xù)分布的暗灰色區(qū)域為Al相，類球形的Ni顆粒均勻分布在Al基體相中。添加彈丸后，Ni-Al涂層整體致密，利用圖像法統(tǒng)計得出孔隙率低于0.1%，在涂層中無鋼丸殘留，涂層中的Al顆粒、Ni顆粒均發(fā)生了明顯的塑性變形，呈現(xiàn)層片狀分布；隨著彈丸含量的增加，Ni顆粒的塑性變形程度顯著增加，在彈丸作用的邊界處，Ni顆粒的變形最為明顯，如圖3c—f中箭頭所示。圖2涂層表面形貌Fig.2SurfacemorphologiesofNi-Alcoatings:a)coldspraying;b)shotpeeningassistedcoldsprayingNi-Alcoating圖3不同鋼丸配比制備的Ni-Al涂層截面顯微組織Fig.3Cross-sectionalmicrostructureofNiAlcoatingpreparedbydifferentsteelpillratio冷噴涂時，當(dāng)粉末粒子速度達到或超過材料的臨界速度時，才可實現(xiàn)粒子的有效沉積[22]。本文對單質(zhì)Ni粉和Al粉的沉積試驗結(jié)果表明，在氦氣壓力和溫度分別為480kPa和150℃的噴涂參數(shù)下，Al粉可實現(xiàn)有效沉積，而Ni粉的速度難以達到其臨界速度而無法直接沉積。因此可以推斷，Ni、Al混合粉末噴涂時，Ni顆粒的沉積依賴于Al顆粒沉積時的裹挾作用，且由于Ni顆粒強度較高，因此?

【參考文獻】：
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本文編號：3224265