等静压机通过对冷喷涂的 Ni–20Cr 样品进行热等静压 (HIP) 来促进后处理，这是一种结合了极端高温和均匀高压的技术。
具体而言，通过施加约 900 °C 的温度和约 104 N/mm² 的压力，压机迫使材料的内部微观结构塌陷并结合。这个过程有效地闭合了沉积层内的微观空隙和孔隙，显著提高了材料的致密度并增强了其机械性能。
核心要点 冷喷涂会形成固有孔隙的涂层；等静压是使其致密化的纠正步骤。通过同时施加热量和压力，可以将 Ni–20Cr 的表观孔隙率从约 9.54% 降低到 2.43%，将多孔沉积物转变为具有与块状合金相当的密度和延展性的材料。
致密化机理
同时施加热量和压力
等静压机的有效性在于其同时施加两种力的能力。冷喷涂工艺依赖于动能来结合颗粒，而后处理中的 HIP 则引入了热能和机械力。
温度升高到 900 °C，使 Ni–20Cr 基体软化。同时，施加 104 N/mm² 的压力。
均匀施力
与从单一方向施加力的单轴压制不同，等静压机利用加压介质从所有方向均匀地施加力。
这种全向压力对于处理复杂几何形状或涂层至关重要，因为它确保孔隙均匀塌陷，而不是简单地被压扁或变形。
对材料性能的影响
孔隙率急剧降低
此后处理步骤的主要目标是闭合孔隙。高压有效地挤压材料，迫使内部空隙闭合。
数据显示，该工艺将 Ni–20Cr 样品的表观孔隙率从最初的 9.54% 降低到仅 2.43%。
延展性增强
冷喷涂材料通常由于颗粒高速撞击过程中发生的加工硬化而变得脆性。
通过在压制循环中对样品施加高温，材料会发生微观结构变化，从而提高延展性。
改善微观结构均匀性
热量和压力的结合促进了喷涂颗粒之间的扩散结合。
这导致了更均匀的结构，使材料密度接近块状合金，并消除了在喷涂后的涂层中常见的明显颗粒边界。
理解局限性
密度得到改善，但并非完美
虽然等静压显著改善了材料，但重要的是要注意它并未实现 100% 的理论密度。
该工艺将孔隙率降低到 2.43%，这是一个巨大的进步，但可能仍存在残留的微孔隙。
工艺强度
这不是一种被动处理。它需要一个能够承受 900 °C 和极端压力的专用环境。
孔隙率的降低意味着体积的变化；随着空隙的闭合，部件的整体尺寸可能会略有收缩，这在设计和喷涂阶段必须予以考虑。
为您的目标做出正确选择
为了最大化您的 Ni–20Cr 部件的性能，请根据您的具体机械要求调整您的后处理策略。
- 如果您的主要重点是结构完整性：使用热等静压 (HIP) 将孔隙率降低至约 2.4%，并最大化涂层的承载能力。
- 如果您的主要重点是延展性和抗疲劳性：依靠工艺的高温方面 (900 °C) 来释放内部应力，并提高材料在断裂前的变形能力。
总结：等静压是连接原始多孔冷喷涂涂层与致密高性能冶金部件的关键桥梁。
总结表：
| 特性 | 冷喷涂（喷涂后） | 等静压（HIP）后 |
|---|---|---|
| 孔隙率水平 | 约 9.54% | 2.43% |
| 微观结构 | 多孔且加工硬化 | 致密且均匀 |
| 延展性 | 低（脆性） | 高（已改善） |
| 结合类型 | 动能冲击 | 扩散结合 |
| 加工条件 | 环境/低温 | 900 °C @ 104 N/mm² |
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参考文献
- Parminder Singh, Anand Krishnamurthy. Characterization and High-Temperature Oxidation Behavior of Ni–20Cr Deposits Fabricated by Cold Spray-Based Additive Manufacturing. DOI: 10.3390/coatings13050904
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
