新的研究结果发现了在喷涂金属涂层时使金属粒子粘附于材料表面的最佳手段，出人意料的是，对被喷涂的材料表面进行熔化不但不会有助于金属粒子的粘附，反而会起到适得其反的效果。我们可以通过两种手段将两块金属接合在一起，即将熔化两块金属的接合面或在这两种金属间使用另一种熔融的金属进行接合。在其凝固后，金属就被牢牢地接合在一起。但麻省理工学院的研究人员发现，在某些情况下，熔化对金属间的接合起着适得其反的阻碍效果。

这项一反常理的发现可能会对某些涂层工序的设计或3D打印造成巨大影响，因为两者都需要将材料持续地粘合在一起。

这项研究由两位博士后Mostafa Hassani-Gangaraj 和David Veysset，以及Keith Nelson和 Christopher Schuh教授共同展开研究。Veysset开发了一款搭载高速相机的光学设备，该相机配有16个独立的电荷耦合器件成像芯片，能在3纳秒内记录图像。这款相机拍摄速度非常快，能够以超音速的速度追踪记录被喷射到材料表面上的单个粒子，而这在之前是不可能做到的。该团队使用这台拍摄速度每秒可到达3亿帧的相机观察类似于向材料表面喷镀金属涂层的喷漆工序。

虽然类似的喷漆工序在不同行业中被广泛使用，但到目前为止，它们的特征、特性都是由实际操作经验而被总结得出的，Schuh教授道出了其中的原因，“因为喷涂工序的进行速度太快了，我们无法对其进行观测，因此也无从得知究竟发生了什么，没人能看到粒子撞击到材料表面并粘着的瞬间，这使得研究人员一直在争论当金属粒子撞击材料表面时，它们是否会熔化材料表面。而这项新技术意味着研究人员可以观察到粒子的撞击和粘附瞬间并对其进行研究。”

利用高速照相机所拍摄的新图像表明，在某些情况下，被喷涂的金属粒子确实会熔化材料表面，同时阻碍粒子的粘附。研究人员还发现，这些金属粒子发生反弹离开材料表面的时间要比表面完成凝固的时间短，这表明当粒子离开时，被喷射表面仍处于熔化状态。

当工程师发现涂层材料粘合性能不佳时，他们可能会通过增加喷射速度或提高温度的方式以增加材料表面熔化的几率。但这项新研究结果表明使材料表面熔化并不能提升粘合性，同时会造成适得其反的效果。

研究结果表明当撞击粒子和被撞击表面同时保持固体状态且粒子像液体般“飞溅”于表面时，两者的接合效果最佳。

Schuh认为这个新观测到的现象帮他们打开了新的思路，同时这一现象也存在于其他多种金属加工方法中。如今在接合不同金属时，他们所需做的是制造此类非液体状态的“飞溅”，因为固体状态的“飞溅”能够使金属粘合，而液体“飞溅”则不可以。 Hassani-Gangaraj认为有了这种新的观测方式，他们就可以通过精确的测量数据来找到获得最佳接合效果所需的条件。

这些研究结果可应用于发动机部件的涂层涂装，以便重复利用被磨损的部件，而不是将其丢弃。Schuh说“直接丢弃一台掘土机的旧发动机或将其熔化后重铸都会花费大量资金，但如果只是将它清洗干净，然后使用喷涂涂层的方式对表面进行翻新，就不会存在高昂的成本问题。”但这种经济的做法需要确保被喷涂的涂层具有牢固良好的粘附性。

这项新发现除了能改善涂层的施用方式，还能帮助改进某些金属增材制造系统（如3D打印）的设计。对于涂层来说，最重要的是确保一层涂料材料牢固地附着在上一层材料上。Schuh认为通过这项研究他们有望掌握一种更为精确的、基于数学而不是实际操作经验的方法，帮助他们了解什么才是获得牢固接合的最佳条件。

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