【引言】

冷喷涂作为一种低氧化、高效率的涂层制备工艺，主要依靠高速粉末颗粒在碰撞过程中剧烈的塑性变形实现沉积。由于碰撞界面处不同区域的塑性变形存在差异，致使涂层内部易形成显微孔隙等缺陷，严重影响冷喷涂涂层的服役性能。然而，在冷喷涂涂层内显微孔隙的愈合处理方面，尤其是在含有硬质颗粒的复合涂层中，仍面临着巨大挑战。为实现冷喷涂复合涂层内部显微孔隙的快速愈合，开发出一种超声波微愈合处理工艺。该工艺通过向冷喷涂铜基复合涂层内部输入高频微应变，促进显微孔隙的快速愈合，从而获得低孔隙率和高结合强度的复合涂层。

【成果简介】

近日，华中科技大学材料科学与工程学院柳林教授团队基于通过微塑性变形促进冷喷涂复合涂层内显微孔隙愈合的思路，开发出一种超声波微愈合处理工艺。该处理通过超声振动向冷喷涂CuCrZr-W复合涂层内部输入高频微应变，实现了复合涂层内部显微孔隙的快速愈合。研究发现，在冷喷涂CuCrZr-W复合涂层中， W 颗粒下方易出现月牙形显微孔隙，且在 CuCrZr/W界面处存在局部非晶层。在超声波微愈合处理过程中，显微孔隙的尺寸在 1 秒内从几微米收缩至几十纳米，使得复合涂层的孔隙率降低 67%（降低至0.07%），界面剪切强度提高 24%（提升至210 MPa）。显微结构演变及Abaqus有限元模拟表明，高频微应变的输入导致CuCrZr/W界面处产生剧烈的热-机械作用，引起局部CuCrZr的微塑性变形，该塑性变形机制与Cu晶粒在高应变率和高温作用下发生的旋转动态再结晶有关，进而促进显微孔隙的快速缩小，并通过原子扩散使非晶相的重新连接，实现显微孔隙的快速有效愈合。本研究为快速愈合冷喷涂复合涂层内部的显微孔隙提供了新思路。

相关论文以题为“Rapid healing of micro-pores in cold sprayed Cu-based composite coating via a novel ultrasonic micro-healing treatment”近期发表在Journal of Alloys and Compounds (2025)期刊上（https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.179649）。论文第一作者为华中科技大学博士生宋万里，通讯作者为华中科技大学材料科学与工程学院柳林教授、张诚教授以及广东省科学院新材料研究所的谢迎春博士。该研究得到了国家自然科学基金（92066202, 92166103）项目资助。

【图文导读】

图1 超声波微愈合处理前后CuCrZr-W复合涂层的显微结构及性能对比

图2 超声波微愈合处理前后CuCrZr/W界面处的TEM结构演变

图3 Abaqus有限元模拟