噴射沉積工藝的一般原理是: 熔融金屬或合金在惰性氣氛中藉助高壓惰性氣體或機械離心霧化形成固液兩相的顆粒噴射流，並直接噴到較冷基底上，產生撞擊、粘接、凝固而形成沉積物。沉積物可以通過各種緻密化加工得到性能優異的材料。
霧化沉積過程的熱傳導主要是依靠霧化液滴和惰性氣體的對流和輻射進行熱交換以及沉積坯通過基底傳導和表面氣體的對流、輻射進行熱交換來實現的。
基本介紹
- 中文名：噴射沉積工藝
- 所屬領域：冶金
- 類型：冶金工藝
根據所選擇的工藝參數的不同經霧化噴射後的顆粒與基底碰撞時，可以有以下幾種狀態。
1.絕大部分顆粒在與基底碰拉前已凝固，在這種情況下，只能 得疏鬆的粉木堆聚體。
2.絕大部分顆粒在與基底碰撞前仍保保持液相，在這種情況下，金屬在沉積後的凝固行為類似鑄造。
3.金屬顆粒在與基底碰撞時，部分顆粒星現液態(約占30% ~50%)，部分顆粒呈現固態和半固態，碰撞後有可能在基底上形成液體薄層，再與下層顆粒流結合成緻密的沉積層。
4.金屬顆粒在與基底碰撞時，大部分顆粒呈現液態（占50%~70%），由於基底冷卻迷率快，過冷熔體在基體上迅建冷卻而獲得具有快速凝固組織特徵的沉積層。這種沉積方式的基體在下一層顆粒碰撞的一般不形成液體薄層，消除孔除和濺射邊界主要是靠上層較多量的液相。
噴射沉積實際上是一個統計過程，金屬顆粒的尺寸分布以及熱交換行為受很多因素的影響，沉積物的凝固狀態非常複雜。以上分析的第一種和第二種狀態是不希望發生的，理想的情況是處於後兩種狀態。對於第三種狀態，由於噴射速率較快，在下一排金屬顆粒到達之前，已達到沉積層表面的濺射物尚未完全凝固，這樣在沉積層表面形成液體薄層，其厚度非常小，為此後的霧化沉積提供了一個堅固的表面，濺射過程將繼續下去。液體海層的厚度應足夠小，以防止橫向流動，抑制巨觀範圍內的成分偏析。此外，藉助於霧化沉積時的機械作用，還可將部分凝固的沉積層內部的細小枝晶打碎，獲得無原始邊界的等軸細晶組織。由於顆粒處於半固態，並且有液體薄層的存在，沉積層中的孔隙率將會非常小。
Singer教授認為可用噴射密度這個概念來描述噴射沉積過程。所謂噴射密度是指單位時間沉積在基體單位面積上的物質量。噴射密度主要取決於單位時間噴射氣體和液體金屬質量比、噴射高度和基體運動狀態。噴射沉積層的結構和性能在很大程度上取決於噴射密度。如果選擇低噴射密度，即到達基體表面的熔滴稀少，則先前大多數濺射物在到達該處之前已完全凝固。原來和新覆蓋上去的濺射物的冷卻速率較高，襯底或先凝固的濺射物能快速地傳走熱量。由於沉積的隨機性，存在無數的孔除和小孔洞，而且不容易由新的濺射滴來充滿。因此，沉積物是多孔的，濺射物邊界很清楚，當然冷卻速率也高。在高的噴射密度下，在前一批濺射物完全凝固之前，也就是在先前踐射物的頂部尚保持一層液態金屬薄膜時，下一批濺射物已到達該處。在這種情況下，兩個液體表面相遇，新到達的熔滴立即擴散，兩個液體混合，因此消除了引起孔腺度的任何孔院，並消除了濺射邊界。而且在許多情況下，前一批展射物中的品體已經形枝，並隨著新到達的概射物繼續長大，這樣，就可以看到有杜狀品或其他形狀的晶體穿過濺射邊界而長大，高噴射密度的優點是沉積物孔隙度低、無濺射邊界、產量高，噴射沉積後續熱加工沒有內部氧化危險，缺點是沉積物冷卻速率較低，如果通過氣體和輻射帶走熱量不充分，並且沉積層的頂部液體層較厚時，就會惡化成為一般鑄造狀態。
