孔洞缺陷是冷喷涂涂层中普遍存在的问题，严重地影响了涂层的力学性能及其与基体的结合强度。为了解决此问题，近日华中科技大学柳林教授团队提出了一种孔洞愈合策略（低温下烧结），有效地实现了冷喷涂涂层中孔洞的愈合，并从原子尺度揭示了孔洞的愈合机制。

研究发现，冷喷涂CuCrZr涂层经500℃ (~0.59 T_m) 20 h烧结后，涂层内部及其与Al₂O₃弥散铜基体界面中的孔隙率获得了显著降低，使涂层的剪切强度相比未处理状态提高了3.5倍。冷喷涂过程中，粉末与基体高速剧烈碰撞引发了连续动态再结晶，在界面附近形成了一层纳米晶中间层，该中间层具有热稳定性低、晶体生长速率快的特点，加速了烧结时的孔洞愈合过程。原位透射电镜的结果表明，纳米晶的长大及Cr₂O₃氧化物的原位形成会逐渐将孔洞填充，从而实现了孔洞的愈合。分子动力学模拟的结果表明，纳米晶长大时的晶界迁移促进了原子的扩散、增强了晶界与孔洞的交互作用，晶界内部的结构转变也为空位的传输提供了有效的扩散通道，这些综合因素对孔洞的愈发挥了积极地作用。上述研究成果为高性能冷喷涂涂层的制备及其后处理提供了理论基础。

研究成果发表在增材制造领域权威期刊Additive Manufacturing 91 (2024) 104347上（论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860424003932），欧阳迪博士与刘志禹硕士为本文的共同第一作者，通讯作者为华中科技大学张诚教授、重庆大学张亮教授和华中科技大学柳林教授。本研究合作单位还包括广东省新材料研究院。上述研究得到了国家自然科学基金（92066202, 92166103, 92266103, 52201181）等项目的资助。

图1  原位TEM加热技术研究冷喷涂Cu基涂层纳米孔的演变过程

图2  分子动力学模拟揭示冷喷涂Cu基涂层孔洞与晶界的交互作用