第12期 巫湘坤等：多颗粒沉积模型预测铜和铝冷喷涂层微观形貌 ·1397· (b) AI涂层 Cau涂层 Al基板 界面 A1基板 AI涂层 Cu涂层 Cu基板 Cu基板 Cau涂层 AI涂层 钢基板 钢基板 50m 50m1 图10A1涂层(a)和Cu涂层(b)的涂层/基板界面形貌 Fig.10 Scanning electron micrographs of coatings/substrate interfaces for Al coatings (a)and Cu coatings (b)on substrates Cu涂层 AI涂层 钢基板 A1基板 20m 10 gm 图11A1/钢界面(a)和Cu/Al界面(b)局部形貌 Fig.11 Cross-sectional polished scanning electron micrographs of the Al coatings/steel substrate interface (a)and the Cu coatings/Al substrate at high-magnification (b) 颗粒与A!基板的界面，也发现了较软的铝在两个颗 结合强度更高 粒之间形成冷焊状金属，挤入N颗粒之间，强化了 多颗粒沉积模型同样可以模拟计算不同颗粒/ 颗粒与基板的结合作用.此外，软的A1基板变形剧 基板材料组合时，涂层与基板的界面形貌，分析涂层 烈，而C颗粒受到后续颗粒的夯实挤压，也发生了 形成过程，从而预测涂层的结合强度，理解涂层结合 剧烈变形，整个Al/Cu结合界面上很容易观察到材 机理. 料混合现象，如图11(b)所示，这种界面混合作用也 2.3颗粒的形变特点 可以加强相互结合作用，己有文献6：2刘报道了这一 基板表面第一层沉积层形成之后，颗粒不断碰 现象. 撞，涂层累积、生长.颗粒之间的内聚力也是影响涂 与A!沉积层相比，相同基板时Cu沉积层与基 层性能的主要指标.冷喷涂C山沉积层截面腐蚀之 板界面明显更粗糙，弹坑深度更大，而颗粒压缩率更 后的形貌如图12(a)所示，颗粒界面结合相对较弱， 小（如图9所示）.这和颗粒的初始动能以及材料变 腐蚀之后，界面清晰可见.从图中可以看到，球形的 形能力相关，20um的球形Al和Cu颗粒碰撞速度 Cu颗粒发生了剧烈变形.但是，颗粒的变形形貌也 分别为600和500ms-1时，初始动能分别为2.03× 不完全一致，颗粒变形受到周围颗粒的作用，大部分 10-6和4.69×10-6J.Cu颗粒动能大于A1颗粒，碰 颗粒拉伸成长条状，部分颗粒由于周围颗粒的限制 撞中作用在基板上的能量大，从而形成更深的弹坑， 挤压作用，颗粒成椭圆状，没有完全伸展.局部放 基板变形更剧烈，有利于涂层与基板形成界面混合， 大，观察其中一个颗粒的形貌（图12(b)),由于深第 12 期 巫湘坤等: 多颗粒沉积模型预测铜和铝冷喷涂层微观形貌 图 10 Al 涂层( a) 和 Cu 涂层( b) 的涂层/基板界面形貌 Fig． 10 Scanning electron micrographs of coatings/substrate interfaces for Al coatings ( a) and Cu coatings ( b) on substrates 图 11 Al /钢界面( a) 和 Cu /Al 界面( b) 局部形貌 Fig． 11 Cross-sectional polished scanning electron micrographs of the Al coatings/steel substrate interface ( a) and the Cu coatings/Al substrate at high-magnification ( b) 颗粒与 Al 基板的界面，也发现了较软的铝在两个颗 粒之间形成冷焊状金属，挤入 Ni 颗粒之间，强化了 颗粒与基板的结合作用． 此外，软的 Al 基板变形剧 烈，而 Cu 颗粒受到后续颗粒的夯实挤压，也发生了 剧烈变形，整个 Al /Cu 结合界面上很容易观察到材 料混合现象，如图 11( b) 所示，这种界面混合作用也 可以加强相互结合作用，已有文献［16，24］报道了这一 现象． 与 Al 沉积层相比，相同基板时 Cu 沉积层与基 板界面明显更粗糙，弹坑深度更大，而颗粒压缩率更 小( 如图 9 所示) ． 这和颗粒的初始动能以及材料变 形能力相关，20 μm 的球形 Al 和 Cu 颗粒碰撞速度 分别为 600 和 500 m·s － 1 时，初始动能分别为 2. 03 × 10 － 6 和 4. 69 × 10 － 6 J． Cu 颗粒动能大于 Al 颗粒，碰 撞中作用在基板上的能量大，从而形成更深的弹坑， 基板变形更剧烈，有利于涂层与基板形成界面混合， 结合强度更高． 多颗粒沉积模型同样可以模拟计算不同颗粒/ 基板材料组合时，涂层与基板的界面形貌，分析涂层 形成过程，从而预测涂层的结合强度，理解涂层结合 机理． 2. 3 颗粒的形变特点 基板表面第一层沉积层形成之后，颗粒不断碰 撞，涂层累积、生长． 颗粒之间的内聚力也是影响涂 层性能的主要指标． 冷喷涂 Cu 沉积层截面腐蚀之 后的形貌如图 12( a) 所示，颗粒界面结合相对较弱， 腐蚀之后，界面清晰可见． 从图中可以看到，球形的 Cu 颗粒发生了剧烈变形． 但是，颗粒的变形形貌也 不完全一致，颗粒变形受到周围颗粒的作用，大部分 颗粒拉伸成长条状，部分颗粒由于周围颗粒的限制 挤压作用，颗粒成椭圆状，没有完全伸展． 局部放 大，观察其中一个颗粒的形貌( 图 12 ( b) ) ，由于深 ·1397·