GB/T 45858-2025 增材制造 冷喷涂工艺规范

　　ICS 25. 030 CCS J 39

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 45858—2025

　　增材制造 冷喷涂工艺规范

　　Additivemanufacturing—Specification forprocessofcold spray

　　2025-08-01发布 2025-11-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 45858—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 一般要求 2

　　5 工艺过程 3

　　6 产品检验 7

　　7 技术文件交付 7

　　参考文献 8

　　Ⅰ

　　GB/T 45858—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国机械工业联合会提出 。

　　本文件由全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC562) 和全国绿色制造技术标准化技术委员会(SAC/TC337)共同归 口 。

　　本文件起草单位 : 国营芜湖机械厂 、中机生产力促进中心有限公司 、中国航空综合技术研究所 、中国航空制造技术研究院 、湖北超卓航空科技股份有限公司 、毅骋智造新材料科技(太仓) 有限公司 、中车青岛四方机车车辆股份有限公司 、成都国营锦江机器厂 、北京科技大学 、暨南大学 、河北京津冀再制造产业技术研究有限公司 、中机研标准技术研究院(北京)有限公司 、西安增材制造国家研究院有限公司 、浙江工业大学 、西安交通大学 、无锡市检验检测认证研究院 、中煤北京煤矿机械有限责任公司 、太行国家实验室 、华德星科技(苏州)股份有限公司 、西安建筑科技大学 、北京万维增材科技有限公司 。

　　本文件主 要 起 草 人 : 南 健 、薛 莲 、栗 晓 飞 、刘 鹏 、杨 伟 华 、黄 仁 忠 、刘 恩 、韩 晓 辉 、卓 伟 伟 、李 永 彬 、周香林 、王启伟 、魏敏 、代雪婷 、王 宇 轩 、霍 会 宾 、李 波 、郭 文 华 、魏 清 、尹 云 彤 、王 亮 忠 、雷 力 明 、黄 早 早 、牛文娟 、李超龙 。

　　Ⅲ

　　GB/T 45858—2025

　　引 言

　　冷喷涂增材制造工艺是金属增材制造工艺的一种 , 已应用于航空 、航天 、汽车 、模具等领域 。冷喷涂增材制造工艺的整个工艺过程中 ,基体材料和沉积材料均保持固态 ,可在不发生或很少发生冶金变化的前提下 ,在基体材料表面实现沉积材料的增材制造成形 。 因其不用将基体材料放入特定成形仓 ,使其能够不受粉末床尺寸限制在构件表面实现增材制造 。

　　冷喷涂增材制造工艺是一种固态沉积工艺 ,该工艺具有沉积效率高 、孔隙率低 、结合强度好 ,无明火 ,对基体及沉积材料性能影响小 ,沉积体残余应力小且通常具有压应力等优势 ,粉末在沉积过程中不易发生氧化 、分解 、相变和纳米结构材料的晶粒长大等问题 ,特别适用于氧化敏感 、温度敏感和相变敏感等材料的高质量涂层制备 , 以及复杂曲面的三维随形增材制造 、难互溶异质金属连接等场景的应用 。常用的金属粉末材料包括铝合金 、铜合金 、钛合金 、不锈钢等 。

　　本文件描述了冷喷涂增材制造工艺的一般要求 、工艺过程 、产品检验和技术文件交付 , 旨在为冷喷涂增材制造工艺的相关从业企业提供工艺过程控制方法 、工艺评定及质量检测依据 ,提升冷喷涂增材制造产品质量稳定性和可靠性 ,促进增材制造产业向更有序 、更合理 、更经济方向发展 ,有很好的经济效益和社会效益 。

　　Ⅳ

　　GB/T 45858—2025

　　增材制造 冷喷涂工艺规范

　　1 范围

　　本文件规定了冷喷涂增材制造工艺的一般要求 、工艺过程 、产品检验和技术文件交付 。

　　本文件适用于冷喷涂增材制造的工艺活动 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 11375—1999 金属和其他无机覆盖层 热喷涂 操作安全

　　GB 15577 粉尘防爆安全规程

　　GB/T 18719 热喷涂 术语 、分类

　　GB/T 35351 增材制造 术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 35351和 GB/T 18719界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　冷喷涂增材制造 cold spray additivemanufacturing

　　采用压缩气体将粉末加速至高速状态 , 以固态形式撞击基体表面 ,逐层堆积成形的增材制造工艺 。 3.2

　　送粉速率 powder feed rate

　　单位时间内从喷嘴中送出的粉末质量 。

　　注 : 单位为克每分(g/min) 。

　　3.3

　　搭接率 overlapping rate

　　相邻的两道冷喷涂沉积层相互重叠的宽度占单道沉积层宽度的比率 。

　　3.4

　　遮蔽 masking

　　对基体不需要沉积区域采取的保护措施 。

　　3.5

　　基体 substrate

　　用于制备冷喷涂沉积体的支撑结构或零部件 。

　　3.6

　　沉积体 deposit

　　使用冷喷涂方法 ,在基体表面逐层堆积增材成形的部分 。

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　　3.7

　　随炉样品 samplealong with part

　　与冷喷涂增材制造产品使用同一批次粉末 、同一设备 、同一工艺在规定时间内制备的用于评定产品质量的试样 。

　　4 一般要求

　　4. 1 人员

　　冷喷涂增材制造设备(以下简称 “设备 ”)操作者应接受培训 ,考核合格后才能操作设备 ,培训应由设备厂商或已接受培训并合格的人员来实施 。

　　注 : 培训内容包括但不限于设备的操作 、维护 、校准 、软件使用 、安全防护 、原材料处理 、后处理 、数据处理 、异常情况处理等 。

　　4.2 设备

　　4.2. 1 概述

　　设备通常包括气源 、气体控制系统 、气体加热系统 、送粉系统 、喷枪系统 、运动控制系统等 ,还可以包括工业除尘系统 、辅助能场系统和其他辅助设施等 。

　　4.2.2 要求

　　4.2.2. 1 设备运动控制系统的可控运动轴数一般不少于 3个 ,宜采用 5 轴以实现三维曲面随形沉积 。

　　4.2.2.2 设备交付前应有合格证明文件 ,且各项技术指标参数符合工艺相关要求 。

　　4.2.2.3 设备的检验 、验收应符合设备厂家提供的验收标准或供需双方协商确定的相关标准要求 。

　　4.2.2.4 应根据设备的使用说明书制定维护保养计划 ,包括维护项 、维护周期和维护标准 。

　　4.2. 2. 5 用于冷喷涂增材制造工艺过程的仪器仪表应按国家或企业的有关规定进行定期计 量 检 定 、校准 。

　　4.3 原材料及工艺辅料

　　4.3. 1 粉末

　　4.3. 1. 1 当以零部件作为基体时 ,应依据零部件材料成分和修复区域功能要求选择粉末 。

　　4.3. 1.2 粉末供应商应提供粉末的安全技术说明书和质量证明书 ,质量证明书应包括但不限于粉末牌号 、批次以及物理和化学性能等指标 。

　　4.3. 1.3 粉末的化学成分 、粒度分布 、流动性等应符合技术文件要求 。

　　4.3. 1.4 粉末应均匀 、干燥 ,无可见夹杂 。

　　4.3. 1.5 粉末宜使用密闭 、防静电的容器存放在干燥 、阴凉 、无腐蚀的环境下 ,粉末贮存应按照粉末供应商提供的环境条件要求执行 ,不应与其他化学品 、易燃物品等混放 , 以免引起火灾 、爆炸等意外 。

　　4.3. 1.6 应采取必要措施防止粉末在使用 、贮存 、运输 、筛分 、清理等过程中被污染 。

　　4.3.2 喷涂气体

　　喷涂气体应为清洁 、干燥的气体 。推荐选用压缩空气 、氮气 、氦气 ,或氮气和氦气的混合气体 ,单质气体纯度宜不低于 99. 9% 。对难沉积材料或者沉积体质量要求高的场景 ,宜采用氦气 。

　　2

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　　4.3.3 表面预处理磨料

　　根据基体材料类型以及表面预处理要求 ,选用适当的磨料类型 。推荐使用 GB/T 2478规定的棕刚玉砂或 GB/T 2479规定的白刚玉砂作为磨料 ,所用的磨料应清洁 、干燥 、无污染 。

　　4.4 环境和安全防护

　　4.4. 1 场地应通风 、干燥 ,具备良好的照明条件 ,并张贴必要的安全警示标识 。

　　4.4.2 应按照 GB 15577的规定 ,严格执行粉尘防爆安全规程 。

　　4.4.3 操作者应按照 GB/T 11375—1999 中第 7 章的规定 ,穿戴防护眼镜 、耳罩 、手套 、防护服等防护用品 。

　　5 工艺过程

　　5. 1 工艺原理

　　冷喷涂增材制造工艺原理图如图 1所示 。利用气体控制系统将喷涂气体加热 、加压 ,形成高速气流并进入喷枪系统 。送粉系统将粉末送入喷枪系统 ,高速气流带动粉末加速撞击基体 ,粉末和基体同时发生塑性变形 , 以机械结合为主的方式实现连接 ,形成沉积体 。

　　标引序号说明 :

　　1— 气体加热系统 ;

　　2— 气源及气体控制系统 ;

　　3— 运动控制系统 ;

　　4— 送粉系统 ;

　　5— 遮蔽 ;

　　6— 沉积体 ;

　　7— 喷枪系统 ;

　　8— 基体 ;

　　9— 辅助能场系统 。

　　图 1 工艺原理图

　　5.2 工艺流程

　　冷喷涂增材制造工艺流程图如图 2所示 。

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　　图 2 工艺流程图

　　5.3 工作准备

　　5.3. 1 设备

　　5.3. 1. 1 对设备各系统状态和水 、电 、气进行确认 ,保证设备状态符合冷喷涂增材制造工艺需求 。

　　5.3. 1.2 粉末添加前应将设备内的粉末清理干净 ,避免不同牌号或批次的粉末混合造成污染 。

　　5.3.2 基体和工装

　　5.3.2. 1 作为支撑结构的基体应采用与沉积粉末材料同牌号或相近的材料 ,采用零部件作为基体时根据实际应用需求选取合适的材料 。如有特殊要求由供需双方协商确定 。

　　5.3.2.2 基体尺寸 、刚度应满足沉积要求 ,必要时可增加支撑工装以保持基体或沉积体刚度 。

　　5.3.2.3 按照技术文件要求 ,测量尺寸和形位公差 ,并记录基体的材料牌号 。

　　5.3.2.4 观察并记录基体的外观状态 ,待沉积区域应无磕碰 、表面划伤以及影响沉积的其他损伤 。

　　5.3.2.5 根据基体形状和沉积要求 ,准备干净 、无油污的工装 。

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　　5.3.3 粉末

　　5.3.3. 1 使用前应核对粉末质量证明书 ,并记录粉末牌号和批次等信息 。

　　5.3.3.2 喷涂沉积前 ,应确保粉末充分混合并处于干燥状态 ,粉末内无大颗粒团聚 ,无明显氧化色及 目视可见夹杂物 。必要时根据粉末的特性对粉末进行干燥和筛分处理 。

　　5.3.4 表面预处理磨料

　　应确保磨料清洁 、干 燥 、无 油 、无 结 块 现 象 。 可 用 5 倍 ~ 10倍 放 大 镜 目 视 检 查 砂 粒 的 形 状 和 尺寸 , 当砂粒明显失去尖锐棱角或碎裂时 ,应及时更换新砂 。推荐同等体积下 ,砂粒质量增加 20%以上时更换新砂 。

　　5.4 工艺设计

　　5.4. 1 沉积模型设计

　　5.4. 1. 1 根据设计图样及技术要求 ,进行增材制造工艺性分析 ,综合考虑沉积体结构 、尺寸 、沉积工艺特点 、后续机械加工 、无损检测等要求 ,进行沉积模型设计 。必要时宜预留出用于装夹定位的工艺结构 , 以及用于理化检验 、组织和力学性能试验的试样 。

　　5.4. 1.2 可通过三维软件直接建模 ,或结合实体逆向重构等方式 ,建立三维沉积模型 。

　　5.4.2 工艺参数制定

　　依据三维沉积模型及设备特点 、粉末类型和沉积体性能要求 ,制定合适的沉积工艺参数 ,包括但不限于扫描速率 、搭接率 、气体类型 、喷涂压力 、气体加热温度 、送粉速率 、喷涂距离 、喷涂角度等 , 以保证沉积体的形状和成形质量符合技术文件要求 。

　　5.4.3 数据处理

　　5.4.3. 1 根据工艺方案 、三维沉积模型和工艺参数 ,进行数据处理 , 编写数控程序 。数据处理可采用计算机辅助 ,进行文件编辑 、格式转换 、分层处理 、喷枪路径规划等 。在形状较为复杂的三维曲面基体上进行沉积时 ,应采用随形分层处理的方式 ,在此基础上建立三维运动路径规划 。

　　5.4.3.2 数据文件的格式应符合设备要求 ,模型文件应为设备软件能识别的格式 。操作者在执行数据处理时(如格式转换 、分层处理等)过程中应保证数据不丢失 、可追溯 ,并完整记录相关内容 。

　　5.4.3.3 应根据沉积体的结构 、性能要求 、成形时间 、粉末清理难易程度等因素确定其成形方向 。

　　5.4.3.4 应确定随炉样品的数量 、成形方向和摆放位置 。

　　5.5 表面预处理

　　5.5. 1 初步处理

　　采用机械加工或打磨等方法对基体表面进行初步处理时 ,应确保基体表面无锈蚀 、漆膜 、毛刺 、氧化皮或其他异物 。待沉积区域内及边缘的尖角应进行圆滑过渡处理 。

　　5.5.2 清洗

　　5.5.2. 1 根据基体的材料类型 ,选择合适的清洗剂 ,彻底清洗待沉积表面及周边区域 ,确保基体表面无油污 、油脂 、灰尘或其他污染物 。

　　5.5.2.2 清洗过程不应损伤待沉积部位 。

　　5.5.2.3 抓取/碰触清洗 后 的 待 沉 积 区 域 应 使 用 清 洁 、干 燥 的 无 绒 布 手 套 或 工 具 , 以 避 免 污 染 待 沉 积

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　　区域 。

　　5.5.2.4 基体清洗后应进行干燥 , 以清除缝隙中残留的清洗剂 。干燥温度应根据基体材料选择 。

　　5.5.2.5 进行下一步工作前 ,应检查清洗表面状态 。

　　5.5.3 非沉积区遮蔽

　　当以零部件为基体进行增材沉积时 ,应采用适当的方法对沉积区附近的非沉积区进行遮蔽 。一般采用金属板 、隔热胶带 、橡胶制品等进行遮蔽 。

　　5.5.4 表面粗化及氧化膜去除

　　5.5.4. 1 在沉积前 ,根据基体表面状态需求 ,通常采用磨料对基体表面进行喷砂 , 以粗化表面及去除氧化膜 ,提高界面结合性能 。

　　5.5.4.2 待沉积区处理后应为均匀 、无金属光泽的粗糙状态 。

　　5.5.4.3 抓取/碰触处理后的待沉积区表面应使用清洁 、干燥的无绒布手套或工具 , 以避免污染待沉积区 ,若被污染则应重新清洗 、粗化 。

　　5.5.4.4 处理合格的基体应根据材料性质 , 在规定时间内进行表面喷涂沉积 ,若间隔时间超过规定时间 ,应重新处理 。处理引起的基体尺寸变化应在允许的范围内 。

　　5.5.4.5 表面粗化及氧化膜去除完成后 ,应用清洁干燥的压缩空气清除基体表面浮灰和内腔的砂尘 。

　　5.5.5 基体预热

　　为改善沉积体性能 ,宜对基体进行预热,预热温度应根据基体材料 、构型及沉积材料综合确定 。 预热温度不宜过高 ,避免对基体产生不良影响 。

　　5.6 喷涂沉积

　　5.6. 1 按照预设的沉积路径和喷涂工艺参数 ,在指定的区域制备沉积体 。

　　5.6.2 沉积过程中 ,宜采用红外测温等方法监控基体和沉积体的温度 ,避免对基体或沉积体产生不良影响 。基体或沉积体温度过高时 ,通常采用间歇式喷涂沉积或洁净的压缩气体等方式进行冷却 ,冷却气流不应对喷涂沉积射流造成干扰 。

　　5.6.3 沉积完成后 ,去除各类遮蔽材料 ,清理基体和沉积体表面的粉尘和浮灰 。操作时不应对基体和沉积体造成损伤 。

　　5.7 喷涂沉积检验

　　5.7. 1 通则

　　5.7. 1. 1 冷喷涂增材制造产品应按批次提交喷涂沉积质量检验 。 同一批次粉末 、同一设备 、同一工艺在规定时间内沉积的产品为一批 。每批产品应至少制备 1件金相检测试样作为随炉样品 。 当以零部件为基体时 ,宜增加不少于 3件与零部件材料状态相同或类似的界面结合强度检测试样作为随炉样品 。 随炉样品的制备和取样应能代表冷喷涂增材制造产品的性能 。

　　5.7. 1.2 根据冷 喷 涂 增 材 制 造 产 品 功 能 要 求 确 定 检 测 项 目 , 如 硬 度 、拉 伸 性 能 等 , 检 测 方 法 见 GB/ T 35022。

　　5.7.2 目视检查

　　5.7.2. 1 沉积体应进行目视检查 ,表面应无缺口 、片状剥落 、表面点蚀 、开裂和其他影响最终产品质量的不良缺陷 。

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　　5.7.2. 2 沉积体边缘应结合良好 , 无开裂 、开口及孔洞 , 打磨后沉积体与零部件结合 边 缘 区 域 应 圆 滑过渡 。

　　5.7.3 外形尺寸检查

　　应使用合适的量具测量沉积体的外形尺寸 ,确认其达到技术文件要求 。

　　5.7.4 金相检测

　　5.7.4. 1 金相检测随炉样品的沉积体厚度应满足观测基体与沉积体界面 、沉积体内层间界面的要求 。

　　5.7.4.2 随炉样品宜采用切割机切断 , 自动(半自动)磨床和抛光机进行加工 , 以保持随炉样品表面的平整度和检测结果的可重复性 ,从而使沉积体得到正确评价 。金相检测方法见 ISO 4499-1。

　　5.7.5 界面结合强度检测

　　沉积体和基体的界面结合强度检测见 GB/T 8642。

　　5. 8 不合格沉积体处理

　　喷涂沉积检验不合格的沉积体 ,经需方同意 ,可完全或部分去除不合格的沉积体 ,重新进行预处理和喷涂沉积 。可重新处理的次数由供需双方协商确定 。宜采用物理方法去除沉积体 ,如需使用化学方法去除沉积体则应经需方同意 。

　　5.9 喷涂沉积后处理

　　根据技术文件要求 ,必要时 ,应进行喷涂沉积后处理 ,包括但不限于 :

　　a) 进行机械加工 ,使沉积体的尺寸 、形位公差和表面粗糙度等满足技术文件要求 ;

　　b) 进行后续热处理 , 以改善组织 、提高性能 。

　　6 产品检验

　　6. 1 产品交付前进行必要的产品检验 , 由供需双方协商确定抽检方式 、验收指标作为交付和验收条件 。

　　6.2 一般产品检验项 目 包 括 尺 寸 、形 位 公 差 和 表 面 粗 糙 度 等 , 必 要 时 对 产 品 进 行 荧 光 渗 透 等 无 损 检测 ,测量结果应符合技术文件规定 。

　　6.3 若产品检验不合格 ,经需方同意 ,可按 5. 8处理 。

　　7 技术文件交付

　　交付产品的技术文件应包含但不限于以下信息 :

　　a) 供应商信息(名称 、地址和联系方式) ;

　　b) 产品名称 ;

　　c) 材料牌号或成分 ;

　　d) 产品合格证明文件 ;

　　e) 执行标准编号 ;

　　f) 产品数量 ;

　　g) 生产日期 ;

　　h) 后处理记录 ;

　　i) 产品包装 、运输 、贮存要求 。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 2478 普通磨料 棕刚玉

　　[2] GB/T 2479 普通磨料 白刚玉

　　[3] GB/T 8642 热喷涂 抗拉结合强度的测定

　　[4] GB/T 35022 增材制造 主要特性和测试方法 零件和粉末原材料

　　[5] ISO 4499-1 Hardmetals—Metallographicdetermination ofmicrostructure—Part1: Photo- micrographs and description

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