涂层致密度>99%！季华实验室成功研发集成式冷喷涂装置
佛山科技 2024-01-09 22:00

近日，季华实验室功能涂层与再制造技术项目组基于冷喷涂的技术原理，通过开展“材料、工艺、装备、表征、模拟计算”全技术链研究，成功研发出可多场景现场作业的集成式智能冷喷涂装置——JHL-CS600冷喷涂设备。该冷喷涂装置同时具有高品质（涂层致密度>99%）、易操作、低功耗、低成本等特点，支持多场景现场喷涂，可在金属、陶瓷、玻璃、塑料、木材等基体上沉积金属层。目前该设备已申请相关国家专利33项，其中已授权国家专利18项。

JHL-CS600冷喷涂设备视频介绍

关于冷气动力喷涂技术

冷气动力喷涂技术（简称冷喷涂）由于其低温、高速、高效、环保等特点，得到越来越多关注和应用，其技术原理是粉末颗粒借助高速气体动能实现有效沉积，获得功能涂层，可制备大厚度涂层（>10 mm），且涂层致密度高（>99%），与基体结合力高（>40 MPa），是一种快速固态增材技术（沉积速率5-12 kg/h），尤其适合温度敏感、相变敏感及氧敏感材料，可用于制备导电、导热、抗蚀、电磁屏蔽、焊接过渡金属层及高致密靶材等。

冷喷涂装置是冷喷涂技术的关键。国内外根据工作气体压力和送粉位置不同，将冷喷涂技术分为高压冷喷涂（>1MPa，在喷枪喉部前端送粉）和低压冷喷涂（<1 MPa，在喷枪喉部后端送粉）。低压冷喷涂装置体积小、重量轻，一般采用压缩空气作为加速介质（如俄罗斯OCPS DYMET），具有可移动和操作便利性，且设备成本较低，能够进行现场修复作业。然而传统低压冷喷涂具有涂层与基体结合力低（<30 MPa）、粉末利用率低（<30%）、可喷涂材料范围较窄等缺点。美国Inovati KM低压冷喷涂装置采用氦气作为加速介质，以提高涂层质量和可喷涂材料范围，但是氦气在我国价格高昂，这将大幅增加工艺成本。

高压冷喷涂装置在低成本氮气加速作用下可实现高涂层质量和高沉积效率，可喷涂材料范围更宽，不但可以制备Cu、Al的高致密度沉积体（致密度>99.5%，结合强度>80 MPa），还可以制备如TC4、SS316、In718等高硬度粉末的沉积体，但气体控制单元复杂，加热温度较高，设备所需功率一般超过50 KW，导致设备整体构成复杂，体积大、设备重，难以进行现场修复，只能够将部分可拆卸的受损零部件送入喷涂房内进行修复。

鉴于此，季华实验室功能涂层与再制造技术项目组提出综合低压冷喷涂装置和高压冷喷涂装置各自优点，基于冷喷涂的技术原理，通过开展“材料、工艺、装备、表征、模拟计算”全技术链研究，成功开发出涂层致密度>99%，支持多场景现场喷涂的集成式智能冷喷涂装置。

集成式冷喷涂设备JHL-CS600

适用材料
铜、铝、银、镍、铌、不锈钢等
设备参数

设备功率：16kw。 

工艺压力：1.0~3.5MPa，压力控制精度±0.02MPa。 

工艺温度：室温~650℃，温度控制精度±5℃。

优势特点

高集成、低功耗、易操作：

  • 仅两台核心设备，可移动，可现场作业。

  • 集成中控平台：模块化设计，快速安装和维护。

  • 集成加热喷枪：喷枪整体重量轻<12kg，操作便利。

高品质、高效率、低成本：

  • 高硬喷管：使用寿命长，加速更强且不易堵粉。

  • 高效率加热器：预热时间<3min，热效率85%+。

  • 高精度送粉器：持续稳定送粉，支持送粉流量单独调节。

目前已为20余家相关企业提供技术服务，经验证，反馈效果良好，包括：在4.9mm厚度的铝基板上，喷涂纯铜涂层0.4-0.5mm，同样功率和时间下，降温约10度，成本仅提高30-60%；铝基板表面制备多孔铝涂层，铜基板表面制备多孔铜涂层，具有高强度、高结合力等特点，换热效果提高明显。陶瓷基体上喷涂金属层，涂层耐-40℃至125℃温冲，满足焊接要求；在新能源汽车用2mm厚度的铝合金基体上喷涂100µm铜涂层，满足客户使用要求等。

部分冷喷涂样品

图1 铝散热器表面冷喷涂铜涂层

图2 冷喷涂掩膜样品

图3 冷喷涂多孔铝涂层

图4 冷喷涂多孔铜涂层

图5 氧化铝陶瓷表面冷喷涂铜涂层 

图6 氮化铝陶瓷表面冷喷涂铝涂层

图7 新能源车用铝合金表面冷喷涂铜涂层

图8 镀锌板焊缝处采用冷喷涂修复

来源：季华实验室
视频：冯杏瑜、何宇扬、罗乐莹
编辑：佛山新闻网 何宇扬
审校：周一帆、闵莘、冯杏瑜
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