• 臺灣科技大學 多功能材料制造實驗室 / 陳品杰 研究生
• (轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.091)

前言

過去幾年修復的技術一直是以傳統的焊接和鑄造等方式為主，過程既費時又費力。面對材料的腐蝕及破損，時常會遇到難以透過傳統方式修復的狀況，而現在冷噴涂技術的出現對國防、太空科技、民間生活皆帶來巨大的影響，我們只需要將原材料的粉末透過特殊的噴嘴進行噴涂即可修復材料，或進行不同種類的涂層鍍膜，例如防蝕和防銹等。除此之外，冷噴涂不僅攜帶方便、成本便宜，又可以增加材料的機械強度，可說是近期鍍膜技術的亮點之一。

冷噴涂的原理簡介

冷噴涂技術，又稱冷氣動力噴涂或冷氣動能噴涂，在冷噴涂過程中，我們會施加低壓氣體至氣體加熱器，使空氣進行加熱，之后通入預室使氣流更加平滑順暢。當氣體經過冷噴嘴喉部時，會進行加速，并在粉末供應器部分形成負壓，使粉末流入噴嘴中，并以超音速撞擊基材。，其核心原理是當金屬粒子超過一定速度（臨界速度）時，在撞擊時附著在基材表面。相對于傳統的熱噴涂技術，冷噴涂技術的工作溫度較低，可以有效避免材料氧化和熔化，從而保證涂層的質量和性能。

圖1：(a)為冷噴涂的簡易示意圖；(b)冷噴涂系統的架設

冷噴涂的優點

冷噴涂技術具有噴涂效率高、涂層附著力強、成本較低等特點，使其在各行業中得到廣泛應用。

冷噴涂的主要優勢之一是低溫處理，有助于避免熱應力和相變，保持基材和涂層材料的物理特性。冷噴涂能實現高附著力，顆粒以高沖擊速度發生塑性變形，導致涂層和基材之間的機械鎖合，確保非常高的附著力，使涂層堅固耐用。冷噴涂還能產生低孔隙率的致密涂層，這對于需要耐腐蝕的應用尤為有利。再來冷噴涂的多樣性也是一大優勢，可以處理各種材料，包括高熔點材料和難以處理的材料，如鈦和鎳基合金。減少氧化是另一個好處，冷噴涂允許在單次應用中沉積較厚涂層，節省時間和資源，并確保涂層厚度均勻一致。此外，冷噴涂技術環保，不產生煙霧，對環境污染極小，成為比傳統涂層方法更可持續的選擇。

冷噴涂的應用

航空航天業

• 冷噴涂被用于制造和修復高性能的渦輪機葉片及其他關鍵組件。
• 可提高部件的耐腐蝕和耐磨性，延長使用壽命。

汽車制造業

• 用于涂層引擎組件，如活塞和汽缸，增加其耐熱和耐磨性。
• 也用于修復受損的汽車零件，如車軸和齒輪。

圖2：(a)汽車零件表面已腐蝕；(b)汽車零件冷噴表面修復外加一層保護層

電子產業

• 冷噴涂技術用于制作特殊功能性涂層，如導電和防護涂層，以保護電子組件免受環境損害。
• 在制造散熱器和其他散熱裝置中也有應用。

醫療器械

• 用于制造具有抗菌表面的醫療器械，如手術工具和植入物。
• 這些涂層有助于減少感染風險，并提高患者安全。

能源裝置

• 在制造太陽能電池和燃料電池的組件中應用，以增強其性能和耐久性。
• 冷噴涂可用于添加保護層或功能層，提高能效和壽命。

聚合物金屬化

• 冷噴涂技術可用于涂層塑料和其他非金屬材料，使其具有金屬的外觀或功能特性。
• 常見于消費電子產品的外殼和裝飾性部件的制造。

圖3：(a)金屬零件破損（黃框）；(b)金屬零件冷噴修復（黃框）

結論

冷噴涂技術作為一種創新的表面處理方法，已在多個行業中展現其獨特的優勢。通過在室溫下將粉末或液體材料高速噴涂到基材上，冷噴涂不僅能形成堅固的涂層，而且這些涂層具有出色的附著力、高效率和低成本等特點。這種技術避免了傳統高溫噴涂所帶來的材料氧化和熔化問題，因此能夠保持原有材料的性質和強度。在航空航天、汽車制造、電子、醫療設備和能源裝置等領域，冷噴涂已被證實能有效提升產品壽命和性能。

此外，隨著材料科學的進步和制程技術的持續優化，冷噴涂的應用范圍預計將進一步擴大，尤其是在高性能涂層和功能性表面的開發上。未來，冷噴涂技術的發展將依賴于對新材料的探索、過程參數的精細控制以及裝置設計的創新。面對如塑性變形和基材侵蝕等挑戰，持續的研究和技術創新將關鍵地支持冷噴涂技術在實現更高質量和效率的目標上。因此，冷噴涂技術為當今的材料科學和表面工程提供了一個重要的技術平臺。

參考資料

[1].文章首圖、圖1 引用自

https://asmedigitalcollection.asme.org/openengineering/article/doi/10.1115/1.4053781/1137769

[2].圖2、圖3引用自

https://www.rusonic.com/printapp.htm