冷喷涂6061Al/AZ31Mg复合涂层的微观结构演变与沉积动力学模拟研究

为解决镁合金表面高性能6061Al涂层制备难题，研究人员通过CFD模拟优化冷喷涂N2参数（500°C/5 MPa），结合SEM/TEM/EBSD与FEA揭示了界面机械互锁-冶金协同强化机制。结果表明：涂层孔隙率仅0.14%、结合强度达52.53 MPa，归因于711 m/s粒子速度引发的绝热剪切软化与纳米晶（<200 nm）形成。该研究为固态涂层工艺开发提供理论-实验双重验证。

　　

镁合金作为最轻的金属结构材料，在航空航天和汽车轻量化领域具有巨大应用潜力，但其表面耐磨耐蚀性能差的问题长期制约发展。传统熔焊技术如激光熔覆易产生有害相和凝固裂纹，而冷喷涂（Cold Spray, CS）作为一种固态沉积技术，能通过高速粒子撞击实现低温无熔融涂层制备，但如何优化工艺参数并阐明界面结合机制仍是行业痛点。

湖南某高校研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，创新性地采用计算流体力学（CFD）与有限元分析（FEA）双模拟体系，结合多尺度表征技术，系统解析了6061Al/AZ31Mg复合涂层的沉积动力学与微观结构演化规律。关键技术包括：CFD模拟粒子加速过程、Lagrangian算法多粒子FEA模型、SEM/TEM/EBSD跨尺度表征，以及湖南宁乡某公司提供的15-63 μm气雾化6061Al粉末。

材料与涂层制备
选用气雾化6061Al粉末（15-63 μm）在AZ31Mg基体上进行冷喷涂，通过PCS-800设备在优化参数（500°C/5 MPa）下制备涂层。

数值模拟加速结果
CFD显示5 MPa/500°C时粒子速度达711 m/s，压力超过5 MPa后增速趋缓，揭示气体黏性阻力对加速效率的限制。

单粒子模拟与验证
FEA模拟显示界面温度瞬时突破6061Al再结晶阈值（>0.4T_m），塑性应变能积累引发绝热剪切带，与TEM观测的<200 nm纳米晶相互印证。

结论与意义
该研究首次阐明冷喷涂6061Al/AZ31Mg界面存在机械互锁与冶金协同强化机制：高速撞击导致表面氧化物剥离，伴随原子扩散与非晶相形成；动态再结晶产生的纳米晶网络（EBSD验证）显著提升结合强度至52.53 MPa。通过建立"参数优化-模拟预测-实验验证"的全链条研究方法，为固态涂层在镁合金防护领域的工业化应用提供重要理论支撑。