[论文解读] Bonding mechanisms in cold spray deposition of gas atomised and solution heat-treated Al 6061 powder by EBSD

Alexandre Sabard, Tanvir Hussain|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2018

High-Temperature Coating Behaviors参考文献 26被引用 5

一句话总结

本研究探讨了溶液热处理如何通过改变显微结构来增强冷喷涂沉积的Al 6061的结合性能。利用电子背散射衍射（EBSD），研究发现，热处理粉末中析出相的溶解会在颗粒界面处引发局部塑性变形和位错积累，促进亚晶粒旋转，从而改善颗粒-颗粒间的结合——为沉积效率的提升提供了机理解释。

ABSTRACT

The heat-treatment of a number of gas atomised aluminium alloys prior to cold spraying recently showed that the resultant microstructural modification was accompanied by an improvement in deposition; however, the relationship between the microstructural homogenisation occurring after recrystallisation and the increase in deposition efficiency and particle-particle bonding had not been investigated. In this study, AL 6061 gas atomised feedstock powder, before and after solution heat-treatment, was cold sprayed and these materials were charaterised using electron backscatter diffraction. The solution heat-treated Al 6061 powder showed large stress-free grains as opposed to the as-atomised feedstock powder which exhibited a homogeneous distribution of misorientation and lattice defects throughout the particles, whereas the coating produced from solution heat-treated powder showed an accumulation of dislocations in the interfacial zones. For the first time, a mechanism was proposed where this phenomenon was attributed to localised deformation of the heat-treated particle's exterior due to the dissolution of precipitates in the intermetallic network. The accumulation of dislocations in the interfacial area enhanced the rotation of subgrains to accomodate the plastic deformation, thus improving the particle-particle bonding.

研究动机与目标

• 理解溶液热处理后Al 6061粉末的显微结构变化如何影响冷喷涂沉积效率。
• 研究析出相溶解与位错动力学在冷喷涂过程中颗粒-颗粒结合中的作用。
• 阐明再结晶后显微结构均质化与改善沉积性能之间的机理联系。
• 通过EBSD分析识别冷喷涂中Al 6061的主导结合机制，对象为雾化态和热处理态粉末。

提出的方法

• 采用电子背散射衍射（EBSD）分析冷喷涂沉积前后的气雾化和溶液热处理态Al 6061粉末的显微结构特征。
• 显微结构表征聚焦于取向差分布、晶格缺陷和两种状态颗粒中的位错密度。
• 比较由雾化态和热处理态粉末制备的冷喷涂涂层的界面区域，评估塑性变形和位错积累情况。
• 对界面区域的亚晶粒旋转和位错活动进行分析，以评估塑性变形机制。
• 评估析出相在金属间化合物网络中的溶解作为热处理颗粒中局部塑性变形驱动力的作用。
• 基于EBSD数据提出一种新型结合机制，将位错积累与增强的亚晶粒旋转及界面结合联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 溶液热处理如何改变气雾化Al 6061粉末在冷喷涂沉积前的显微结构？
• RQ2 冷喷涂Al 6061涂层界面区域的位错积累起何作用？
• RQ3 金属间化合物网络中析出相的溶解如何影响热处理态Al 6061颗粒的局部塑性变形与亚晶粒旋转？
• RQ4 热处理态Al 6061粉末中哪些显微结构特征与改善的沉积效率和颗粒-颗粒结合相关？
• RQ5 EBSD分析揭示的溶液热处理态Al 6061冷喷涂沉积中，主导的结合机制是什么？

主要发现

• 溶液热处理态Al 6061粉末表现出大尺寸的无残余应力晶粒，与雾化态粉末中均匀分布的取向差和晶格缺陷形成鲜明对比。
• 由热处理粉末制备的冷喷涂涂层在界面区域显示出显著的位错积累，表明存在局部塑性变形。
• 位错积累归因于金属间化合物网络中析出相的溶解，该过程增强了颗粒表面的局部塑性变形。
• 热处理颗粒界面区域的亚晶粒通过旋转来适应塑性变形，从而改善了颗粒界面处的结合性能。
• 提出一种新结合机制：析出相溶解促进位错积累与亚晶粒旋转，从而增强颗粒-颗粒间的粘附力。
• 本研究首次提供了基于EBSD的直接证据，揭示了再结晶后显微结构均质化与Al 6061冷喷涂沉积效率提升之间的关联。