Покрытия, нанесённые холодным напылением: обзор материальных систем и перспективы развития

Холодное газодинамическое напыление, или просто холодное напыление (CS), представляет собой процесс, в котором твёрдые порошки ускоряются в сопле де Лаваля по направлению к подложке. Если скорость удара превышает пороговое значение, частицы подвергаются пластической деформации и прилипают к поверхности. С помощью CS можно наносить различные материалы, такие как металлы, керамика, композиционные материалы и полимеры, что открывает широкие возможности для получения заданных свойств. CS является новой и перспективной технологией нанесения поверхностных покрытий, обеспечивающей ряд технологических преимуществ по сравнению с термическим напылением, поскольку при осаждении используется кинетическая, а не тепловая энергия. В результате можно избежать возникновения растягивающих остаточных напряжений, окисления и нежелательных химических реакций. Разработка новых материальных систем с улучшенными свойствами, охватывающих широкий спектр требуемых функциональных характеристик поверхностей и интерфейсов — от двигателей внутреннего сгорания до биотехнологии, — открыла новые возможности для холодного напыления благодаря богатому разнообразию сочетаний материалов. По мере расширения областей применения общее число исследований в этой области быстро увеличивается, поэтому целесообразно обобщить современное состояние знаний. В данном обзоре рассматриваются различные материальные системы, изученные к настоящему времени, с акцентом на потенциальные инновационные применения. В частности, анализируются металлические, керамические покрытия и покрытия из металлических матричных композиционных материалов (MMC), а также области их применения. Рассматриваются также полимеры — как в качестве подложки, так и в качестве покрытия — и внедрение металлов в полимер. CS зарекомендовало себя как перспективный процесс нанесения наноструктурированных материалов без существенного изменения их микроструктуры, характерного для многих традиционных процессов консолидации. Также рассматриваются соответствующие материальные системы, содержащие наноструктурированные порошки. В заключительной части статьи приводится критическое обсуждение перспектив этой технологии с акцентом на механизмы микроструктурного соединения для относительно малоизученных материальных систем. К ним относятся MMC, включающие более...