颗粒通量和沉积后热等静压对冷喷涂Ti-5553合金致密化的耦合效应
冷喷涂 (CS) 能够在最大限度减少热暴露和氧化的情况下制造和修复部件。冷喷涂 β-钛 Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti-5553) 合金由于其比 Ti6Al4V 合金更高的比强度，在航空航天工业中具有巨大的应用潜力。本研究首先着重于工艺优化，评估不同送粉速率和样品移动速度如何影响沉积行为，例如沉积层的孔隙率和厚度。利用计算流体动力学 (CFD) 和 Accuraspray CS 软件对不同送粉速率下的颗粒冲击速度进行了建模和测量。此外，在 10 种不同的工艺条件下进行了冷喷涂实验，每种条件下均采用了不同的送粉速率和样品移动速度。孔隙率范围为 12.5% 至 22.1%，厚度范围为 0.9 mm 至 8.1 mm，表明改变送粉速率和移动速度对控制颗粒通量及其对孔隙率和厚度的影响至关重要。本研究的第二部分探讨了沉积后处理对沉积层致密化的影响，包括热等静压（HIP）和真空热处理（VHT）。对冷喷涂沉积层分别进行了以下处理：单步热等静压处理（HIP-1：800 °C，200 MPa，4 h）、分步热等静压处理（HIP-2：200 MPa，320 °C，1 h；770 °C，6 h；820 °C，4 h）以及真空热处理。真空热处理的步骤与HIP-2相同，但不施加压力，且冷却速率更快，为170 °C/min。这些沉积后处理工艺有助于研究致密化机制和微观结构演变，包括通过扩散辅助变形实现的孔隙闭合以及β→α相变。热等静压（HIP）工艺显著降低了Ti-5553冷喷涂层的孔隙率，与原始样品（AR）相比，HIP-1和HIP-2的孔隙率分别降低了45.6%和51.8%，而真空热处理（VHT）工艺的孔隙率降低幅度较小，仅为29.9%。本研究表明，粉末进给速率和样品移动速度通过改变颗粒冲击和助熔剂条件，显著影响沉积层的孔隙率和厚度。此外，HIP处理提高了冷喷涂Ti-5553沉积层的致密度，这归因于孔隙的闭合和微观结构的细化。
关键词：冷喷涂、Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti-5553)、热等静压、CFD、Accuraspray CS
原文发表于《表面与涂层技术》（第525卷，2026年4月1日）
作者：HA. Ağır、F. Güler、D. Kóti、H. Aydin、K. Singh、C.J. Bennett、T. Hussain
