CN116752131B - 冷喷涂增材制造方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷喷涂增材制造方法及应用。所述冷喷涂增材制造方法包括：在喷涂斑的前方的待沉积区域上形成光斑，以至少去除界面氧化物；同步以气态冷却介质在喷涂斑后方的已沉积区域上形成冷却斑，以至少使已沉积区域降温。本发明在制备冷喷涂沉积体时，在沉积前利用高能激光去除界面氧化物，降低了层间界面的污染，有利于后续粒子与已沉积粒子的结合，避免了后续过程中氧元素固溶于粒子界面形成脆性富氧区域，同时迅速降低了喷涂过程中沉积体的局部温度，从根本上避免了层间氧化，使得冷喷涂层间界面的结合强度取得了显著提升，且增材制造方法操作便捷，设备改造难度低，便于规模化应用。

Description

冷喷涂增材制造方法及应用

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种冷喷涂增材制造方法及应用。具体涉及一种提高涂层层间界面结合强度的方法，特别适用于冷喷涂增材制造铜合金、钛合金及钽合金等对氧敏感材料的制备。

背景技术

随着新能源汽车里程的增加，其动力电池的能量密度和功率密度也越来越高，电池充放电倍率急剧增大，电池发热量也随之增大，一旦温度过高则可能影响动力电池的寿命，甚至出现汽车自燃的情况。因此，开发新能源汽车电池的高效热管理系统，保障电池温度处于最佳工作温度区间是实现电池组安全、可靠性运行的关键问题。当前，新能源动力电池的散热方式主要有自然冷却、风冷、液冷与直冷，其中液冷具有冷却速度快、比容大、换热系数高的特点，已被众多车企采用。水冷板是液冷的关键零部件，目前主要采用铝合金板材制造水冷板，而铜具有更高的导热能力，但成本要较高，将热导率更高的铜与铝结合是提升水冷板导热能力的有效手段。传统实现铜-铝结合方式主要为焊接，但焊接热输入大，容易形成金属间化合物，降低结合性能及导热性能，且水冷板为薄壁构件，焊接易变形。因此开发替代焊接的铜-铝结合方式显得异常重要。

冷喷涂是一种基于超音速气-固两相流动的新型固态颗粒沉积方法。冷喷涂增材制造是对冷喷涂技术的扩展应用，在冷喷涂过程中，高速高压气体（氮气、氦气、空气或它们混合气体等）带动粉末颗粒（微米或亚微米级）在完全固态下高速撞击基体，发生塑性变形，破碎并挤出碰撞界面的氧化膜，露出新鲜结合，在压应力的作用下产生结合并形成沉积体，随逐层喷涂，沉积体尺寸在三维方向上逐渐累加，最终形成零构件。与热源增材制造及焊接技术相比，冷喷涂过程中粉末颗粒不经过熔化和凝固，因此，本领域通常认为冷喷涂所形成的涂层内部几乎没有氧化、相变及晶粒长大等缺陷。

然而，本发明的发明人经过长期的实践研究发现，不同于上述常规认知，冷喷涂粉末粒子的高速飞行速度主要依靠高温气体通过缩-放过程的喷涂实现，并且高温气体也可以对粉末粒子进行加热，提高材料的塑性流变，进而促进粒子的塑性变形，提高粒子与基体的结合状态，在此过程中，仍然会出现少量的氧元素在层间富集形成层间氧化层的现象，尤其对于一些易氧化金属例如铜、钛、钽及其合金等，并且该现象在进行多道次层叠沉积后由于热量的堆积会逐渐显现出来，这也是本领域中通常研究薄层的冷喷涂，因此目前并未注意到层间氧化问题的主要原因。

进一步地，冷喷涂沉积体层间结合的状态决定了沉积体的性能，层间氧化层的存在对于沉积体的性能影响非常显著。现有技术中为提升沉积体的结合性能提供了一些激光辅助的技术方案，例如中国发明专利CN 114032537 A公布了利用激光软化基体或对粉末进行时效处理来降低硬度的策略来进行冷喷涂。然而，上述现有技术并未解决层间存在的氧化膜的问题，这是由于冷喷涂的气体温度最高可达1100℃，高温气体加高速粉末粒子的双重冲击，导致增材制造试样表面能量急剧增加，随着喷涂时间的累积，沉积体厚度逐渐增厚，长时间的热量累计会导致沉积体表面氧化，引起喷涂道次层间形成氧化膜，阻碍后续粒子与已沉积粒子新鲜表面的结合，造成增材制造样件内部形成未结合区及裂纹等缺陷，降低增材制造试样的性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种冷喷涂增材制造方法及应用，增强喷涂过程中的散热效果和净化效果，解决目前长时间喷涂导致的界面氧化的技术难题，改善界面存在未结合区及裂纹等缺陷，提高冷喷涂增材制造部件性能。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种冷喷涂增材制造方法包括：采用冷喷涂的方式按照行进方向形成依次层叠的第一金属材料层、第二金属材料层的步骤，所述第一金属材料层和第二金属材料层结合为一个整体并沿厚度方向多层累积构成沉积体；

沿所述行进方向，在形成第二金属材料层时，在喷涂斑的前方的待沉积区域上形成激光照射的光斑，以至少去除所述光斑覆盖区域内的界面氧化物；以及，还同步以气态冷却介质在喷涂斑后方的已沉积区域上形成冷却斑，以至少使所述冷却斑覆盖范围内的已沉积区域降温。

第二方面，本发明还提供一种上述冷喷涂增材制造方法制得的冷喷涂沉积体；所述冷喷涂沉积体的层间结合力在400MPa以上。

基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

本发明所提供的冷喷涂增材制造方法在制备冷喷涂沉积体时，在沉积前利用高能激光去除界面氧化物，降低了层间界面的污染，有利于后续粒子与已沉积粒子的结合，避免了后续热处理过程中氧元素固溶于粒子界面形成脆性富氧区域，同时在冷喷涂后方立即进行气态冷却介质的喷射，迅速降低了喷涂过程中沉积体的局部温度，从根本上避免了层间氧化，激光照射和气态介质冷却的前后结合使得冷喷涂层间界面的结合强度取得了显著提升。该发明避免了单一激光照射可能会因为瞬间高温及喷涂热量累计导致金属材料内产生热应力和单一干冰冷却无法去除氧化膜的缺陷，能够实现降温与去除氧化膜的双重协同效果。且本发明所提供的增材制造方法操作便捷，设备改造难度低，便于规模化应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

图1是本发明一典型实施案例提供的冷喷涂增材制造方法的原理示意图；

图2是本发明一典型实施案例提供的冷喷涂增材制造方法的冷却斑、喷涂斑以及光斑的相对位置示意图；

图3是本发明一典型实施案例提供的铜合金沉积体的横截面形貌照片。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件或方法步骤区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件或方法步骤之间存在任何这种实际的必然关系或者顺序。具体例如，第一金属材料层和第二金属材料层仅代表两层层叠的金属材料层，而非限定该第一金属材料层一定是首先在基体上沉积的与基体接触的那一层，也不限定第二金属材料层是沉积体由下至上的第二层，例如在多层沉积时，可能以第10层作为第一金属材料层，而第11层作为第二金属材料层，而下一道沉积时，第一金属材料层自然指的是第11层，而第二金属材料层指的是第12层了，如此循环累积。

本发明的最终目的是提供一种提高冷喷涂层间界面结合强度的方法，利用激光去除冷喷涂沉积体层间界面处的氧化物，同时，引入冷却介质来配合激光实现显著减少层间氧化的技术效果，为此参见图1所示，本发明实施例首先提供了一种冷喷涂增材制造方法，包括：采用冷喷涂的方式按照行进方向形成依次层叠的第一金属材料层和第二金属材料层的步骤，所述第一金属材料层和第二金属材料层结合为一个整体并在厚度方向上多层累积构成沉积体；沿所述行进方向，在形成第二金属材料层时的喷涂斑的前方进行激光照射，所述激光照射至少能够去除所述第一金属材料层表面的氧化层；在所述喷涂斑的后方喷射气态冷却介质进行冷却。

需要说明的是，本发明之所以提供上述技术方案，并非单纯的仅仅是基于常规地去除氧化层的目的，而是基于本发明的发明人在实践过程中的技术发现，具体的，本领域通常会认为冷喷涂无需进行上述处理，这是由于本领域通常进行的冷喷涂为薄层沉积，没有进行厚度累积，进而也没有产生上述热量累积的问题，而本发明的发明人在实践中尝试进行多道次厚度沉积时，才面临了层间结合不良的问题，进而经过长期实践与发掘研究，才能够通过上述技术手段解决了上述问题，也即，在本发明之前，本领域的通识中仍未意识到在累积到足够厚度的沉积体时上述层间问题的存在。通常，结合本发明人的经验，在一些具体案例中通常累积至3mm厚度以后，上述热量累积的问题会逐渐显现。但这并不意味着上述示例性厚度是绝对条件，不同的工艺参数下或不同的材料体系，上述显现该问题的厚度临界值可能不同。

而关于具体的条件参数，参见图2所示，在一些实施方案中，所述喷涂斑的行进速度为50-400mm/s；所述激光照射产生的光斑与所述喷涂斑的间距为5-10mm。

在一些实施方案中，所述喷涂斑与所述气态冷却介质喷射形成的冷却斑的间距为2-5mm。

上述优选实施方式中，光斑、喷涂斑以及冷却斑三者之间的间距是非常重要的。发明人在实践中发现，尤其是在厚度累积的中后期，冷喷涂铜沉积点的温度可能会高达400℃，在这种高温下，已沉积的铜涂层极易被氧化。因此，在本发明中，需要在进行激光照射后，立即进行冷喷涂，并且在冷喷涂后立即进行冷却，上述间距决定了三个过程之间的时间差；例如，当光斑与喷涂斑之间的间距过大时，会导致激光照射后，所暴露出的新鲜表面发生再次氧化或表面硬化，间距过小时，会导致部分飞行粒子遮挡激光照射的基材，进而导致无法充分地去除氧化膜，从而降低层间结合性能；而当喷涂斑与冷却斑之间的间距过大时，喷涂累积的热量未得到及时冷却，也会影响层间结合，而间距过小时，会导致冷却气流与冷喷涂气流交界处产生湍流，影响粒子速度，导致沉积体性能降低，同时，喷涂产生的高温区域被过快冷却，类似于一种淬火过程，这也会导致沉积体的强度出现问题。

在一些实施方案中，在垂直于所述行进方向的投影面上，所述光斑的投影两侧凸出于所述喷涂斑的投影1-2mm。

在一些实施方案中，在所述投影面上，所述冷却斑的投影两侧凸出于所述喷涂斑的投影1-2mm。

上述设置是为了充分保证激光照射和冷却的全面覆盖，避免局部区域出现氧化夹杂。

而关于具体的优选尺寸，在一些实施方案中，所述光斑的宽度为8-12mm。

在一些实施方案中，所述光斑的长度为8-12mm。

作为一种示例，所述光斑例如可以是尺寸为10×10mm的激光光斑。

在一些实施方案中，所述气态冷却介质的喷射流量为20-50kg/h，喷射压力为0.6-0.8MPa。

在一些实施方案中，所述激光照射的功率为100-400W。

在一些实施方案中，所述激光照射选自连续激光或脉冲激光。

具体的，所述激光例如为半导体连续激光，也可为脉冲激光，激光束能量分布优选为为平顶峰。而在本发明的具体实施中，激光照射优选为脉冲激光，这是因为，不同于连续激光，脉冲激光能够产生短暂且高强度的激光照射，通过这种脉冲的形式，在确保热量累积值不发生显著提升的情况下，能够更加彻底地去除表面氧化层。

在一些实施方案中，所述冷喷涂所采用的金属喷涂材料为铜或铜合金、钛或钛合金、钽或钽合金中的任意一种或两种以上的组合。

在一些实施方案中，所述冷喷涂增材制造方法还包括在进行所述冷喷涂前，对所述金属喷涂材料进行氢还原退火处理的步骤；所述氢还原退火处理的温度为300-600℃，压力为0.2-1MPa，时间为4-20h。选用一定氢分压能够促使氢原子扩散到粉末（即所述金属喷涂材料，下同）内部，进而去除粉末内部氧原子。

作为上述技术方案的一些典型的应用示例，以冷喷涂铜为例，上述冷喷涂制造方法例如可以采用如下的具体步骤得以实施：

1）对基体表面进行除油、干燥及打磨处理，并将基体加持在机械臂上；其中基体的选择一般是金属，例如铝合金或铁等，当然，能够与冷喷涂的金属材料产生界面结合的其他材质均可；

2)固定冷喷涂喷枪、激光器及二氧化碳干冰冷却器；

3)对冷喷涂用的粉末进行氢还原退火处理，降低铜粉末中氧含量及粉末的硬度，增加粉末塑性，提高冷喷涂喷涂效率；

4)将步骤3)处理的粉末装入冷喷涂送粉罐中，在基体表面喷涂单道沉积体轨迹（即所述第一金属材料层）；

5)调节激光器及二氧化碳干冰喷射器位置，使得激光产生的矩形光斑和二氧化碳干冰喷射器产生的冷却斑与喷涂斑保持在同一水平，激光器产生的光斑在喷涂斑前部，二氧化碳干冰喷射器产生的冷却斑在喷涂斑后部；

6)设置好喷涂参数、激光光束参数和二氧化碳干冰冷却参数，并同时开启冷喷涂、激光和二氧化碳干冰喷射器，进行喷涂，即得到高层间结合强度的铜合金沉积体。

当然，上述步骤的先后执行顺序依照其内在逻辑关系执行，而非依照本发明所表述的编号或上下文顺序，例如上述步骤3），其可以在进行喷涂前的任意步骤顺序中执行，只要在喷涂时能够提供经过氢还原退火处理的粉末即可。

本发明实施例还提供了上述冷喷涂增材制造方法制得的冷喷涂沉积体；所述冷喷涂沉积体的层间结合力在400MPa以上。

对应于上述冷喷涂增材制造方法，本发明实施例还提供了一种冷喷涂增材制造设备，包括喷涂模块和基体模块，所述基体模块用于夹持基体，所述喷涂模块用于在所述基体表面冷喷涂形成多层层叠的金属材料层；所述喷涂模块能够沿行进方向相对于所述基体模块发生相对运动。

所述喷涂模块包括冷却单元、冷喷单元以及激光单元；所述冷却单元用于向所述基体喷射气态冷却介质形成冷却斑，所述冷喷单元用于向所述基体喷射金属材料形成喷涂斑，所述激光单元用于向所述基体的方向产生激光照射形成光斑；所述冷却斑、喷涂斑以及光斑沿所述行进方向依次排列。

以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种冷喷涂增材制造铜沉积体的方法，具体包括如下的步骤a-e：

(a)对铝合金基体表面进行除油、干燥及打磨处理，并加持在机械臂上；

(b)对铜合金粉末进行氢还原退火处理，热处理温度400℃，压力1MPa，时间4小时；

(c)将步骤(b)处理的粉末装入冷喷涂送粉罐中，在铝合金基体表面喷涂单道铜合金沉积体轨迹层（即所述第一金属材料层），轨迹宽度8mm；

(d)选用半导体连续型激光，调节激光器及二氧化碳干冰喷射器位置，使得激光产生的矩形光斑和二氧化碳干冰喷射器产生的斑点与喷涂斑排列在行进方向上并保持在同一水平，激光器产生的光斑在喷涂斑前部10mm处，激光功率400W，光斑尺寸为10×10mm，行进速度50mm/s，二氧化碳干冰冷却器产生的斑点位于喷涂斑后部2mm处，流量50kg/h，压力0.8MPa；

(e)利用机械臂控制铝合金基体的运动轨迹，沿上述行进方向多次重复，在铝合金基体上增材制造铜合金，获得层间氧化较少，结合强度高的铜合金沉积体。

对本实施例所提供的铜合金沉积体进行氧含量、抗拉强度以及导热率的测试，其结果如下表1所示。并且进行了截面形貌表征，其结果如图3所示，可以看出，在该沉积体中，层间未见明显分层和氧化物夹杂，这显然有利于该沉积体的各项性能。

实施例2

本实施例提供一种冷喷涂增材制造铜沉积体的方法，具体包括如下的步骤a-e：

(a)对铝合金基体表面进行除油、干燥及打磨处理，并加持在机械臂上；

(b)对铜合金粉末进行氢还原退火处理，热处理温度500℃，压力0.2MPa，时间20小时；

(c)将步骤(b)处理的粉末装入冷喷涂送粉罐中，在铝合金基体表面喷涂单道铜合金沉积体轨迹，轨迹宽度8mm；

(d)选用半导体连续型激光，调节激光器及二氧化碳干冰喷射器位置，使得激光产生的矩形光斑和二氧化碳干冰喷射器产生的斑点与喷涂斑保持在同一水平，激光器产生的光斑在喷涂斑前部5mm处，激光功率100W，光斑尺寸为10×10mm，行进速度400mm/s，二氧化碳干冰冷却器产生的斑点位于喷涂斑后部5mm处，流量20kg/h，压力0.6MPa；

(e)利用机械臂控制铝合金基体运动轨迹，并在铝合金基体上增材制造铜合金，获得层间氧化较少，结合强度高的铜合金沉积体。

对本实施例所提供的铜合金沉积体进行氧含量、抗拉强度以及导热率的测试，其结果如下表1所示。

实施例3

本实施例提供一种冷喷涂增材制造铜沉积体的方法，具体包括如下的步骤a-e：

(a)对铝合金基体表面进行除油、干燥及打磨处理，并加持在机械臂上；

(b)对铜合金粉末进行氢还原退火处理，热处理温度400℃，压力0.5MPa，时间10小时；

(c)将步骤(b)处理的粉末装入冷喷涂送粉罐中，在铝合金基体表面喷涂单道铜合金沉积体轨迹，轨迹宽度8mm；

(d)选用半导体连续型激光，调节激光器及二氧化碳干冰喷射器位置，使得激光产生的矩形光斑和二氧化碳干冰喷射器产生的斑点与喷涂斑保持在同一水平，激光器产生的光斑在喷涂斑前部8mm处，激光功率200W，光斑尺寸为10×10mm，行进速度400mm/s，二氧化碳干冰冷却器产生的斑点位于喷涂斑后部4mm处，流量30kg/h，压力0.7MPa；

(e)利用机械臂控制铝合金基体运动轨迹，并在铝合金基体上增材制造铜合金，获得层间氧化较少，结合强度高的铜合金沉积体。

对本实施例所提供的铜合金沉积体进行氧含量、层间抗拉强度以及导热率的测试，其结果如下表1所示。

表1 各实施例中增材制造铜构件孔隙率、抗拉强度及导电率测试结果

试样	氧含量（wt.%）	层间抗拉强度（MPa）	导热率（W/m·k）
				1	0.051	440	363
2	0.045	435	365
				3	0.047	430	368

对比例1

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，关闭激光照射和二氧化碳喷射。

所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.257±0.033wt.%，层间抗拉强度为206±26MPa，导热率为308±10W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

对比例2

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，仅关闭激光照射。

所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.112±0.026wt.%，层间抗拉强度为302±15MPa，导热率为351±8W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

对比例3

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，仅关闭二氧化碳喷射。

所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.136±0.02wt.%，层间抗拉强度为347±18MPa，导热率为342±5W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

对比例4

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，将激光的光斑与喷涂斑的间距调整为15mm。

所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.108±0.032wt.%，层间抗拉强度为365±23MPa，导热率为356±7W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

对比例5

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，将激光的光斑与喷涂斑的间距调整为2mm。

由于间距过小，导致部分飞溅的飞行粒子遮挡激光照射的基材，进而导致无法彻底去除氧化膜，所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.173±0.041wt.%，层间抗拉强度为245±21MPa，导热率为318±12W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

对比例6

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，将激光的光斑调整为沿行进方向拉长的长方形的光斑，使得激光的光斑完全覆盖住喷涂斑。这种类似于一些现有技术中的沉积方式的主要目的是为了进行基材的预热，提高沉积速率，并非为了避免层间氧化层的出现。

由于激光的光斑完全覆盖住喷涂斑，导致大量的飞行粒子遮挡激光照射的基材，进而导致无法去除氧化膜，同时激光产生的热量会叠加在冷喷涂累积的热量之上，所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.231±0.017wt.%，层间抗拉强度为223±32MPa，导热率为312±15W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

因此，本发明与现有技术中利用激光加热辅助冷喷涂的方式存在的显著差异即在于，出于不同的目的（防止高温氧化/激光加热辅助熔融），本发明是需要防止激光的光斑和喷涂斑重叠的。

对比例7

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，将二氧化碳冷却斑与喷涂斑的间距调整为8mm。

由于二氧化碳冷却斑与冷喷涂斑距离太远，导致无法及时冷却已沉积涂层，导致涂层氧化严重，所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.186±0.024wt.%，层间抗拉强度为238±26MPa，导热率为327±25W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

对比例8

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

在冷喷涂沉积时，将二氧化碳冷却斑与喷涂斑的间距调整为1mm。

由于二氧化碳冷却斑与冷喷涂斑距离太近，冷却气流与冷喷涂气流交界处产生湍流，影响粒子速度，导致沉积体性能降低，同时，喷涂产生的高温区域被过快冷却，类似于一种淬火过程，降低沉积体的强度，所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.151±0.019wt.%，层间抗拉强度为192±32MPa，导热率为339±18W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

对比例9

本对比例与实施例1大体相同，区别主要在于：

激光处理的方式变更为在沉积第一金属材料层以后，先在整面进行激光照射，保持同样的激光功率密度，整面照射后，再单独进行冷喷涂并且跟随进行干冰冷却。

由于喷涂过程中，沉积点瞬时的温度高达400℃，激光照射和干冰冷却无协同效应，间隔过久，氧气重新吸附于表面，已沉积的铜涂层极易被氧化，所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.0871±0.025wt.%，层间抗拉强度为412±28MPa，导热率为359±13W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了显著下降。

这说明激光伴随喷涂斑行进是非常重要的，且激光光斑与喷涂斑之间的间隔时间也是重要的影响因素；激光所去除的不仅仅是氧化层，还去除了表面吸附的氧杂质。

实施例4

本实施例提供一种冷喷涂增材制造铜沉积体的方法，与实施例1大体相同，区别主要在于：

将冷喷涂粉末替换为钛合金，基体材料替换为不锈钢，其余的参数和过程保持不变。

所获得的钛合金沉积体仍然具有相比于采用传统方式直接进行冷喷涂厚层沉积的沉积体显著更低的氧含量和显著更优的拉伸强度以及导热率。

实施例5

本实施例提供一种冷喷涂增材制造铜沉积体的方法，与实施例1大体相同，区别主要在于：

将冷喷涂粉末替换为钽合金，基体的材质替换为镁合金，其余的参数和过程保持不变。

所获得的钛合金沉积体仍然具有相比于采用传统方式直接进行冷喷涂厚层沉积的沉积体显著更低的氧含量和显著更优的拉伸强度以及导热率。

实施例6

本实施例提供一种冷喷涂增材制造铜沉积体的方法，与实施例1大体相同，区别主要在于：

取消铜合金的氢还原退火处理的步骤，直接以铜合金进行冷喷涂其余的参数和过程保持不变。

由于未去除粉末表面氧化膜，粉末表面氧化膜极易保留在沉积体内部，形成氧化物夹杂，所制造的铜合金沉积体的含氧量为0.462±0.034wt.%，层间抗拉强度为105±26MPa。导热率为292±17W/m·k，相比于实施例1所提供的铜合金沉积体出现了一些性能下降，但仍旧相比于对比案例提升明显。

基于上述实施例以及对比例，可以明确，本发明实施例所提供的冷喷涂增材制造方法在制备冷喷涂沉积体时，在沉积前利用高能激光去除界面氧化物，降低了层间界面的污染，有利于后续粒子与已沉积粒子的结合，避免了后续热处理过程中氧元素固溶于粒子界面形成脆性富氧区域，同时在冷喷涂后方立即进行气态冷却介质的喷射，迅速降低了喷涂过程中沉积体的局部温度，从根本上避免了层间氧化，激光照射和气态介质冷却的前后结合使得冷喷涂层间界面的结合强度取得了显著提升，且本发明实施例所提供的增材制造方法操作便捷，设备改造难度低，便于规模化应用。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种冷喷涂增材制造方法，包括：采用冷喷涂的方式按照行进方向形成依次层叠的第一金属材料层、第二金属材料层的步骤，所述第一金属材料层和第二金属材料层结合为一个整体并沿厚度方向多层累积构成沉积体；

其特征在于，沿所述行进方向，在形成所述第二金属材料层时，在喷涂斑的前方的待沉积区域上形成激光照射的光斑，以至少去除所述光斑覆盖区域内的界面氧化物；以及，还同步以气态冷却介质在喷涂斑后方的已沉积区域上形成冷却斑，以至少使所述冷却斑覆盖范围内的已沉积区域降温，通过所述激光照射和喷射气态冷却介质的配合避免层间氧化；

其中，所述喷涂斑的行进速度为50-400mm/s；所述激光照射产生的光斑与所述喷涂斑的间距为5-10mm；所述喷涂斑与所述冷却斑的间距为2-5mm；

在垂直于所述行进方向的投影面上，所述光斑的投影两侧凸出于所述喷涂斑的投影1-2mm；在所述投影面上，所述冷却斑的投影两侧凸出于所述喷涂斑的投影1-2mm；

所述光斑的宽度为8-12mm；所述光斑的长度为8-12mm；所述气态冷却介质的喷射流量为20-50kg/h，喷射压力为0.6-0.8MPa；所述激光照射的功率为100-400W。

2.根据权利要求1所述的冷喷涂增材制造方法，其特征在于，所述激光照射选自连续激光或脉冲激光。

3.根据权利要求1所述的冷喷涂增材制造方法，其特征在于，所述冷喷涂所采用的金属喷涂材料为铜或铜合金、钛或钛合金、钽或钽合金中的任意一种或两种以上的组合。

4.根据权利要求3所述的冷喷涂增材制造方法，其特征在于，还包括在进行所述冷喷涂前，对所述金属喷涂材料进行氢还原退火处理的步骤；

所述氢还原退火处理的温度为300-600℃，压力为0.2-1MPa，时间为4-20h。

5.权利要求1-4中任意一项所述的冷喷涂增材制造方法制得的冷喷涂沉积体；

其特征在于，所述冷喷涂沉积体的层间结合力在400MPa以上。