■台灣科技大學 多功能材料製造實驗室 / 陳品傑 研究生
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，而現在冷噴塗技術的出現對國防、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塗即可修復材料，或進行不同種類的塗層鍍膜，例如防蝕和防鏽等。除此之外，冷噴塗不僅攜帶方便、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。
冷噴塗的原理簡介
冷噴塗技術，又稱冷氣動力噴塗或冷氣動能噴塗，在冷噴塗過程中，我們會施加低壓氣體至氣體加熱器，使空氣進行加熱，之後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，並在粉末供應器部分形成負壓，使粉末流入噴嘴中，並以超音速撞擊基材。，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。相對於傳統的熱噴塗技術，冷噴塗技術的工作溫度較低，可以有效避免材料氧化和熔化，從而保證塗層的質量和性能。
冷噴塗的優點
冷噴塗技術具有噴塗效率高、塗層附著力強、成本較低等特點，使其在各行業中得到廣泛應用。
冷噴塗的主要優勢之一是低溫處理，有助於避免熱應力和相變，保持基材和塗層材料的物理特性。冷噴塗能實現高附著力，顆粒以高衝擊速度發生塑性變形，導致塗層和基材之間的機械鎖合，確保非常高的附著力，使塗層堅固耐用。冷噴塗還能產生低孔隙率的緻密塗層，這對於需要耐腐蝕的應用尤為有利。再來冷噴塗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，冷噴塗允許在單次應用中沉積較厚塗層，節省時間和資源，並確保塗層厚度均勻一致。此外，冷噴塗技術環保，不產生煙霧，對環境污染極小，成為比傳統塗層方法更可持續的選擇。
冷噴塗的應用
航空航天業
- 冷噴塗被用於製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。
汽車製造業
- 用於塗層引擎組件，如活塞和汽缸，增加其耐熱和耐磨性。
- 也用於修復受損的汽車零件，如車軸和齒輪。
電子產業
- 冷噴塗技術用於製作特殊功能性塗層，如導電和防護塗層，以保護電子組件免受環境損害。
- 在製造散熱器和其他散熱裝置中也有應用。
醫療器械
- 用於製造具有抗菌表面的醫療器械，如手術工具和植入物。
- 這些塗層有助於減少感染風險，並提高患者安全。
能源裝置
- 在製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。
- 冷噴塗可用於添加保護層或功能層，提高能效和壽命。
聚合物金屬化
- 冷噴塗技術可用於塗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。
- 常見於消費電子產品的外殼和裝飾性部件的製造。
結論
冷噴塗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塗到基材上，冷噴塗不僅能形成堅固的塗層，而且這些塗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塗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、汽車製造、電子、醫療設備和能源裝置等領域，冷噴塗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製程技術的持續優化，冷噴塗的應用範圍預計將進一步擴大，尤其是在高性能塗層和功能性表面的開發上。未來，冷噴塗技術的發展將依賴於對新材料的探索、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塗技術在實現更高質量和效率的目標上。因此，冷噴塗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台。
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
