冷喷涂(cold spraying，CS)技术作为一种新兴的金属固态沉积工艺，在金属或金属基复合涂层制备、修复和增材制造领域已获得广泛应用。与传统热喷涂方法不同，冷喷涂依靠高速粒子撞击基体发生大塑性变形而实现结合，不存在大的热输入，从而极大程度上避免了热喷涂常见的氧化、分解及热应力等问题。由于其低温沉积特性，冷喷涂特别适用于Al、Mg、Cu、Ti、Ni及其合金等材料，能够在保持材料本征性能的同时，实现高效沉积^[1~4]。

冷喷涂技术是依靠众多粉末粒子的逐个累加沉积实现成形的，因此粉末粒子本身的特性(例如粉末的尺寸、形貌、强度、硬度、表面氧化膜)会对其在冷喷涂过程中的沉积行为产生影响，如果是多相复合粉末，影响因素还包括粉末组分的微观结构。其中粉末表面氧化膜是关键的影响因素，同时与其他影响因素息息相关，例如粒径较小的粉末粒子因比表面积较大而具有更高的氧吸附能力。

对于整个喷涂过程来说，粉末氧化膜不仅作用在第一层粉末粒子与基体的碰撞过程中，也作用于后续粒子之间的碰撞，因此它不仅影响粒子的塑性变形和结合机制，还决定了涂层的微观组织及性能^[5~7]。氧化膜的存在对冷喷涂粒子沉积的影响极为复杂，涉及粒子变形行为、临界沉积速率、沉积效率、界面结合质量及微观组织演化等多个关键环节。由于氧化膜通常表现出高硬度、高脆性及低导电性，其在冷喷涂沉积过程中既可能阻碍粒子与基体和粒子之间界面结合，也可能在特定条件下弥散分布而促进强化，其作用机制尚未完全明确。已有研究^[8,9]表明，氧化膜通常作为物理屏障，阻碍粒子与基体或已沉积粒子之间的直接接触，降低冶金结合的可能性。此外，较厚或连续分布的氧化膜会显著提高粒子沉积所需的临界速率，导致粉末沉积效率明显下降，甚至无法实现粒子与基体间或粒子之间的结合^[10]。

氧化膜可在粉末制备、存储过程中自然形成，例如相比于其他金属材料，Al粉极易氧化^[11]，同时也可以通过特定的预氧化处理获得。一般来说，为了避免粉末氧化和污染，冷喷涂所用的粉末通常需要储存在真空或惰性气体环境中，但在粉末制造或封装过程中，通常会因暴露于空气中而形成天然氧化膜，另一方面，生产过程中也会对粉末进行烘干或热处理，目的在于干燥或软化粉末以利于其更好地沉积，这就会由于热作用在粉末表面形成氧化膜。因此，研究粉末表面的氧化膜对冷喷涂层结合过程的影响是非常有必要的。

尽管近年来关于粒子表面氧化膜在冷喷涂过程中的作用机理已有一定研究进展，但仍存在一些未解的问题。例如，在高应变速率变形条件下，氧化膜的形成、破裂与再分布过程尚未被充分理解；氧化膜对沉积体内粒子界面结构、力学性能及传导性能的影响机制仍需进一步探讨。此外，预氧化处理方式、粉末成分及喷涂参数如何影响氧化膜在喷涂过程中的演化行为，也亟需系统性研究。

本文系统总结了粉末氧化膜对冷喷涂沉积行为、涂层形成机制及涂层微观组织和性能的影响，加深对冷喷涂粉末材料表面氧化膜行为的理解，并为优化粉末特性及工艺参数提供指导，以提升冷喷涂技术在高性能涂层、修复及增材制造领域的应用潜力。

冷喷涂的原理最早是在20世纪80年代中期，由Alkhimov等^[12]提出，当示踪粒子运动速率超过某一临界值时，可以实现粉末粒子在基体表面的沉积。随着研究的不断深入与发展，将这一速率定义为临界速率(critical velocity)，即粒子临界沉积速率。与此同时冷喷涂技术也逐渐成熟，成为一种基于气-固两相流体动力学和高速碰撞动力学的金属粉末粒子累积沉积成形方法。如图1^[13]所示，整个冷喷涂过程分为两个阶段，一是粉末粒子在喷嘴内的加速加热阶段(图1a^[13])，二是粒子碰撞变形沉积阶段(图1b^[13])。当粒子以超过临界速率的碰撞速率碰撞到基体表面时，将通过剧烈的塑性变形与基材产生结合，后续粒子不停地碰撞基体或已沉积粒子表面，从而形成具有一定厚度的涂层或沉积体(图1c^[13])。冷喷涂技术除了在金属或金属基复合涂层制备领域备受关注，也在增材制造和修复领域崭露头角，作为一种新型固态增材制造方法，在国内外已被作为一种颠覆性的新技术进行研发^[14,15]。

早在1999年，Gilmore等^[16]和Dykhuizen等^[17]在以铜粉为冷喷涂粉末粒子研究对象时，提及了粉末表面氧化物的概念，他们用数值模拟的方法预测铜粉的临界速率，发现粒子的碰撞速率会影响涂层的沉积效率，粒子之间的有效键合需要新鲜金属表面的相互接触，这一过程可能与粉末表面氧化物因碰撞而发生的破碎行为有关。与此同时，Van Steenkiste等^[18]研究表明，粉末表面氧化膜的破碎也需要临界速率，而氧化膜的破碎可能是冷喷涂过程中界面结合机理的一部分，与其他结合机理共同作用。但是受限于当时的实验手段，这些猜想没有被证实。2002年，Van Steenkiste等^[19]利用粒径为63~106 μm、O含量为0.4% (质量分数，下同)的铝粉制备涂层，根据实验和模拟计算结果，认为大粒径的粉末拥有更多的动能，从而更易满足氧化物破碎的条件，实验结果也证实大粒径粉末的临界沉积速率要低于小粒径粉末。由此指出，在冷喷涂过程中，在第一层粉末粒子与基体接触的过程中首先发生了粒子表面氧化膜的破碎，并将氧化膜发生破裂时的粒子速率作为涂层形成的临界速率。虽然当时的学者们已经开始思考粉末尺寸与粉末临界沉积速率之间的关系，并认为氧化膜的破碎是涂层形成的必要条件，但是并未阐明粉末氧化膜、粉末尺寸与粉末临界沉积速率三者之间的相互关系。与此同时，李文亚等^[20,21]也开始研究粉末氧化对粒子沉积行为的影响，首次报道了粉末中O含量对粒子变形行为的影响，发现粒子表面氧化膜越厚(即相同粒度粉末O含量越高)，氧化膜破碎需要的能量越高，其对粒子塑性变形的限制越显著，导致临界沉积速率越高，由此得出了氧化膜厚度对冷喷涂临界沉积速率影响的普适规律，提出了考虑氧化膜影响的冷喷涂粒子临界沉积速率修正预测方法，阐明了粒子表面氧化膜破碎-新鲜金属接触的粒子结合主导机制，合理解释了不同文献中报道的相同材料的临界沉积速率不同的本质原因。自此，越来越多的研究者开始开展对粉末表面氧化膜更为系统的理论研究。

近年来，对粉末氧化膜作用机制的研究基本从实验和数值模拟两个方面开展。随着实验手段的不断更新，对于氧化膜的破碎行为获得了更直观、更微观的观察结果。同时，考虑到冷喷涂粉末粒子碰撞的极端瞬时性，也采取数值模拟方法研究氧化膜对粒子变形行为的影响过程。

目前对于冷喷涂粉末表面氧化膜的研究大多从自然氧化^[22]和人工氧化^[23]两种角度进行。考虑到自然时效时氧化膜的形成速率较慢，氧化膜厚度较薄，通常选择人为处理加速粉末氧化来显化氧化膜的影响，人工氧化多选用在空气中热处理或在潮湿环境中处理粉末。另外，在实际喷涂过程中，对于部分金属粉末，热处理可有效软化粉末，提高粉末的变形能力，同时可起到干燥粉末的作用，从而增强粉末的流动性能，最终改善粉末的沉积效果。不同材料表面形成的氧化膜，其结构和性质也不同。粉末表面氧化膜可以分为五类。(1) 致密型氧化膜。铝、钛、铬等金属粉末表面会形成较为致密的氧化膜^[11]，均匀覆盖于粉末表面，厚度较小(纳米至几十纳米)，通常为稳定的晶态氧化物相，如Al₂O₃、TiO₂、Cr₂O₃等，致密氧化膜能够有效阻止粉末进一步氧化，但其高硬度和脆性会抑制粉末的塑性变形，增加临界沉积速率，降低冷喷涂沉积效率。另一方面，陶瓷相氧化膜也有可能影响涂层或沉积体的耐磨性、导电性、硬度等。(2) 疏松多孔型氧化膜。以镁合金、低合金钢等金属粉末为代表，其氧化膜结构较为松散，存在微裂纹和孔洞，氧化程度较高，O原子容易进一步扩散^[24]。相比于致密型氧化膜，部分多孔结构可在粒子变形时破裂，使部分金属基体暴露，有利于冶金结合，但过厚的多孔氧化层仍会影响结合强度。目前对于冷喷涂所用金属粉末的表面氧化膜对涂层组织及性能影响的研究大多集中于铝、铜材料，对于多孔型金属氧化膜的研究很少。(3) 非晶态氧化膜。在低温或自然潮湿氧化条件下，铝合金、钛合金等金属粉末表面易形成原子排列长程无序、厚度较薄的非晶态氧化膜。非晶态氧化膜是不稳定的相，相比于晶态氧化层，非晶态氧化层更容易在变形过程中破裂，有利于金属表面暴露并结合，同时无序的原子排布有利于界面两侧不同材料的金属原子结合，但其抗腐蚀能力较弱，可能在后续服役过程中引发腐蚀问题^[25]。(4) 粒子内部氧化物。部分氧化物并未均匀覆盖在粉末表面，而是以粒子夹杂的形式存在，分布于粒子粉末内部。夹杂物可能降低沉积层的致密性，形成界面缺陷，降低涂层的力学性能^[26]。(5) 层状氧化膜。层状氧化膜在多次热循环或高温氧化条件下形成，表现为由不同氧化物组成的层状结构，如 TiO、Ti₂O₃和 TiO₂共存的氧化层。不同氧化层的力学性能和稳定性不同，在高温环境或剧烈变形下可能发生分层破裂，影响粉末的结合质量^[24]。

根据现有研究结果，粉末表面氧化膜的破碎及碰撞过程中的挤出行为是冷喷涂颗粒与基体及颗粒之间界面结合机理的重要组成部分。如图2^[27]所示，在粒子高速撞击时，粒子的应变使氧化膜破碎，暴露出基体的新鲜金属表面。在撞击过程中产生的局部压力可引发氧化膜剥离，暴露出金属基体的原子层，这有助于增强基体与涂层之间的结合强度。另外，表面氧化膜的破碎与挤出(射出)行为是与界面物理冶金结合过程同时发生的，即表面氧化膜破碎-结合机制是与再结晶结合机制“共生”的，只有表面氧化膜被挤出或弥散分布在粒子表面，才能形成更有效的粒子与基体或粒子之间的界面结合。Chen等^[28]利用数值模拟更细致地揭示了粒子表面氧化膜破碎-结合与冶金结合的共生机制，研究结果显示，破裂的氧化膜主要分布在沉积粒子的边缘，在接触区形成了紧密的金属接触和冶金结合，但是在一些沉积粒子的无氧化区也发现了微裂纹。根据有限元分析结果，粒子接触界面经历了部分熔化和快速凝固。由于凝固收缩而产生的严重残余应力导致微裂纹的产生，该研究也证实了金属射流对于氧化膜具有清洗效果。

粉末粒子撞击基体的速率会直接影响冷喷涂涂层的形成和性能。在冷喷涂过程中，在基体表面形成第一层涂层后，后续的沉积过程则依靠粒子间的碰撞，因此临界沉积速率可以被定义为形成一定厚度涂层的最小速率。当粒子获得足够的动能后，才能发生剧烈的塑性变形形成涂层，并为后续的粒子提供无污染、活性较高的表面。粒子临界沉积速率一方面取决于喷枪结构、喷涂参数和基体状态，由于喷枪结构和喷涂参数通过影响实际粒子速率来间接影响沉积效果，尤其会影响粒子的加速效率和均匀性，因此在不同条件下，形成第一层组织均匀稳定的涂层，粒子所需的速率有差异；另一方面，当粉末中O含量较低时，粒子自身性质(密度、尺寸和形貌等)对临界沉积速率影响较显著，当粒子氧化到一定程度后，其临界沉积速率主要取决于氧化层的厚度和性质^[29]。在涂层沉积过程中，粒子与基体或粒子与已沉积的粒子之间发生结合，在碰撞过程中必须破碎和移除表面的氧化物，因此粒子的临界沉积速率通常会因粉末的O含量升高而升高。例如当铜粒子中的O含量由0.02%增加到0.14%时，其临界沉积速率由310 m/s迅速增加到550 m/s^[20]。对于铝粉^[30]，粒子中O含量由0.012%增加到0.045%时，其临界沉积速率由742 m/s迅速增加到867 m/s^[30]，图3^[5]中统计了不同粉末的临界沉积速率随O含量的变化规律，结果显示，粉末的含O量越高，临界沉积速率越高。

研究^[5,31]发现，粉末O含量的变化主要体现在其表面氧化膜厚度的变化，金属暴露于空气中会在表面自发形成纳米级氧化膜，若金属粉末被长期储存或被置于高温环境中，氧化膜会持续增厚。根据目前对冷喷涂粒子界面结合机理的理解，高速金属粒子碰撞基体后产生剧烈的塑性变形，氧化膜破碎并挤出粒子表面，露出的新鲜金属在高的碰撞压力下产生物理结合和冶金结合，当结合面积足够大时，粒子就可以成功结合。一般认为，冷喷涂时主要是粒子的动能在起作用。因此，在整个界面结合过程中，如果氧化膜厚度增加，氧化膜的破碎和挤出行为需要更大的粒子动能支持，从而需要更高的粒子碰撞速率才能保证成功结合^[32,33]。而且较厚的氧化膜夹杂在粒子间也会影响新鲜金属界面的有效接触面积。根据以上分析，粒子沉积时的临界速率受其表面氧化膜厚度的影响，因此也有研究^[18]将粒子可以清除其表面氧化膜时的速率定义为临界沉积速率。

除此之外，O含量高的粉末通常含有更多的氧化物成分，这可能导致粉末粒子的密度下降，增加了粉末的脆性和黏附性。O含量较高的粉末可能导致喷涂过程中喷枪堵塞，影响喷涂过程中粉末的流动性，最终影响涂层质量。

氧化膜通常是硬脆的陶瓷相，在沉积过程中不易发生塑性变形而直接破裂，同时氧化膜也会限制粒子的塑性变形。粒子与基体之间的接触界面可能因为氧化膜的存在而不能发生有效的塑性流动，导致粒子无法充分变形以适应基体表面的微观形状。粒子的变形模式可能从塑性变形向有限塑性变形或回弹变形转变。另外，破裂的氧化膜也会部分残留在结合界面，尤其是在粒子受压区域，导致形成未结合区域或界面裂纹。通常用粒子的扁平比来估算粒子变形程度，最常见的计算公式为粒子沉积后，其截面宽度与截面高度的比值^[34]。根据Kang等^[30]的研究结果，随粉末中O含量升高，粒子的变形程度逐渐降低，不易形成射流而使氧化膜破碎或挤出。

氧化膜的厚度、完整性及其在撞击过程中的演化决定了粒子与基体间界面结合的有效性。完整且连续的氧化膜层限制了金属间的直接接触，导致结合界面形成未结合区域或脆性界面，使界面结合强度下降。而当氧化膜在高应变速率撞击下发生破裂并被部分挤出时，暴露的新鲜金属表面能够实现有效接触，促进塑性流动和机械互锁，从而提高界面结合质量。Tang等^[35]测试了铝粒子撞击Al基体后，粒子与基体结合界面不同位置的结合强度。结果表明，在粒子冲击基体的中心区域，也就是粒子底部，氧化膜不能充分破裂，形成了微米级未结合区域，导致界面结合强度较低(92 MPa)，在远离碰撞冲击中心处，粒子与基体的接触表面横向扩展，氧化膜逐渐破裂，暴露出新鲜金属表面，从而使界面结合强度提升至201 MPa，但是依然有氧化物粒子残留，当接触压力足够大时，氧化膜会发生破裂并挤出，从而允许金属原子间形成冶金结合(界面结合强度提升至212 MPa)，此时存在的氧化膜碎片厚度只有几个纳米。因此，氧化膜的形态决定了界面结合质量，粒子与基体碰撞的中心区域结合较弱，外围结合较强，界面的结合强度与粒子撞击动力学密切相关。

冷喷涂过程依赖于高速粒子的碰撞和沉积，由于氧化膜的硬脆特性，经粒子撞击后，其变形能力降低，使得粒子无法完全填充已有的孔隙，导致涂层内部形成更多的孔隙。在涂层界面处，氧化膜如果未能破裂，则可能导致粒子之间形成连续的孔隙分布，使涂层的孔隙率升高。图4^[26]为利用人工氧化后的铜粉冷喷涂制备的涂层腐蚀前后的OM像。从图4a^[26]可以看出，涂层粉末粒子发生了剧烈的塑性变形，经过逐层累加的夯实效应，形成拉长的等轴晶。涂层内部粒子边界存在大量的黑色氧化物夹杂，这些夹杂物弱化了粒子间的结合，导致部分区域形成裂纹。虽然部分氧化膜因粒子的塑性变形而被破坏，沿结合界面被挤出，但大部分氧化膜保留在涂层内部，形成未结合区。图5^[36]为不同O含量的镍粉冷喷涂制备的涂层截面组织形貌的OM像。可以看出，随粉末O含量升高，涂层的孔隙数量及尺寸明显增加，四种O含量条件下涂层的孔隙率分别为0.4%、0.6%、1.5%和3.3%。由于在不同温度下对镍粉进行了热处理，因此随粉末O含量升高(热处理温度升高)涂层内部粒子的晶粒尺寸也有增大趋势。另外，电子背散射衍射(EBSD)结果(图6^[36])表明，随粉末的O含量升高，粒子的变形受到限制，粒子间的再结晶过程有限，导致冷喷涂涂层中的晶粒尺寸较大。由于氧化膜的阻碍作用，冷喷涂粒子的变形行为在不同区域可能表现出较大的差异，也会导致涂层内部形成复杂的位错分布。在氧化膜较厚的区域，可能会形成高位错密度的亚结构，而在氧化膜破裂区域，位错可能通过动态回复而部分消除。可见，粉末表面氧化膜限制了粒子的变形，在冷喷涂过程中粒子的再结晶受到阻碍，使细晶区减少，残留的氧化膜损害了粒子间的有效连接，导致涂层的孔隙率升高，致密度下降。

粉末表面氧化膜对涂层硬度的影响具有双重性，即在某些情况下可以提高硬度，而在其他情况下可能会降低硬度。这种影响主要取决于氧化膜的厚度、分布状态、界面结合质量以及变形行为。以镍粉为例(图7^[36])，冷喷涂制备涂层的硬度随粉末O含量的升高而降低。这是因为过厚或连续的氧化膜会在粒子界面处形成脆性层，导致粒子间结合不良，使涂层内部形成孔隙或微裂纹，从而降低硬度。氧化膜降低了粒子的塑性变形能力，影响加工硬化过程，进而降低涂层硬度^[36]。此外，人为热处理氧化粉末时，粉末自身的强度也会因热处理作用而降低，粉末的软化也会使涂层的硬度下降。另一方面，氧化膜可作为硬质相(如 Al₂O₃、TiO₂)，增强涂层的弥散强化效应，提高硬度。氧化膜在界面处破裂后，其残留物可能充当强化粒子，提高涂层的耐磨性和硬度。例如Ko等^[10]研究表明，随粉末氧化时间的延长，冷喷涂制备铜涂层的硬度增加，粉末经过自然氧化两周之后，涂层的硬度趋于稳定。值得一提的是，由于氧化膜在涂层内分布不均匀及局部区域形成脆性界面，也会降低涂层硬度的均匀性。可见，采取后处理优化涂层的性能是有必要的。

过厚的氧化膜不但导致涂层硬度降低，同样也会降低涂层的拉伸强度。根据Zhang等^[36]的研究，随粉末O含量增加，冷喷涂制备镍涂层的抗拉强度降低。这是因为氧化膜未能在沉积过程中完全破裂和挤出，在涂层内部形成氧化夹杂物，增加了局部应力集中，使拉伸强度下降。氧化膜的存在会减少粒子在撞击基体或沉积层时的塑性变形，使粒子-粒子界面处的变形协调性降低，从而影响涂层的拉伸性能。另外，陶瓷相粉末氧化膜会进一步削弱涂层的塑性，氧化膜在粒子界面上形成连续相，裂纹在拉伸过程中会沿着界面传播，加速涂层的失效。同时，氧化膜的存在使涂层内部孔隙率升高，裂纹可能在多个位置同时萌生，降低了涂层的整体韧性。酸洗是一种去除粉末表面氧化膜的有效手段，研究^[37]证明，与储存态铜粉相比，利用酸洗后的铜粉冷喷涂制备的涂层强度提高约50 MPa (图8^[37])。

粉末表面氧化膜没有被完全清理时，残留氧化膜的厚度、连续性、结构及分布都会显著影响涂层的导电性能。氧化膜通常是陶瓷相(如Al₂O₃、TiO₂、CuO)，当氧化膜(厚度 20 nm)覆盖粒子表面并在涂层中形成连续的绝缘区域时，电子传输路径会被阻断，导致整体电导率下降。这种现象在铝、铜等高导电性金属的涂层中尤为明显。当粉末氧化程度较低时，冷喷涂铜涂层的电导率可以接近块体铜的80%~90%，但若氧化膜较厚，涂层电导率可能降至国际标准退火铜(IACS)的20%~40%^[23]。另外，与储存态铜粉相比，酸洗后的铜粉冷喷涂制备的沉积体导电率由85%IACS提升至90%IACS^[37]。铜粉表面氧化膜虽然为半导体，但依然会大幅降低铜沉积体的导电性。Luo等^[23]研究也指出，当铜粉的O含量大于0.6%时，氧化后的铜粉冷喷涂制备涂层的导电性能反而增强(图9^[23])，这有赖于铜粉表面氧化膜厚度增加时，反而有利于氧化膜在喷涂过程中剥落，促进了新鲜金属界面的结合。但对于铝涂层来说，冷喷涂铝涂层的电导率通常低于块体铝，主要原因是粒子间残留的Al₂O₃为完全绝缘体，导致接触电阻升高。

沉积效率指的是能够成功附着在基材表面的粉末粒子占碰撞在基体表面所有粉末的比例，代表着粉末的利用率，通常通过基体增重质量与粉末减少的质量比来计算^[16]。研究沉积效率不仅对提升冷喷涂技术的应用性能和生产效率至关重要，还直接影响材料的成本、资源利用和环境可持续性。通过优化沉积效率，能够在保证涂层质量的前提下，降低成本、提高生产效率。以铜粉为例^[10]，经过自然氧化，在空气中放置两周后的粉末，其沉积效率由63.4%降低至40.0%，经过更长时间的空气氧化，沉积效率基本维持不变。Luo等^[23]采取热处理的方法使铜粉氧化，当粉末O含量从0.67%增加到0.97%时，沉积效率反而从29.1%增加到48.7% (图10^[23])，因而提出了一种新的氧化膜破碎-结合机制：当氧化膜厚度增加到足够大时，氧化膜会沿粒子界面大面积剥落，从而形成更强的键合，这一结论也为粉末选择提供了新的见解，即无需使用具有超低O含量的昂贵原料粉末也可获得较高的沉积效率。综上所述，氧化膜对冷喷涂的沉积效率具有双重影响：一方面，氧化膜的硬脆性质可能限制粒子的变形，增加临界沉积速率，进而降低沉积效率；另一方面，氧化膜的破裂和清理可以有效促进界面结合，提升沉积效率。因此，优化氧化膜的厚度、控制氧化程度以及精确调节喷涂工艺参数，是提高冷喷涂沉积效率的关键因素。

长期以来，冷喷涂制备的涂层/沉积体存在塑韧性差的缺点。由于粒子逐层累加的加工硬化效应，导致沉积体易沿粒子间结合界面快速发生脆断，限制了冷喷涂技术的更多应用。有很多研究利用热处理、搅拌摩擦加工等后处理技术来改善沉积体的力学性能，本文作者^[38]尝试从优化粒子的碰撞条件出发，突破沉积体无塑的缺陷，从而节约后处理成本。除了喷涂工艺参数，粉末O含量是不容忽视的因素。如前文所述，过高的O含量会导致粉末表面形成厚而脆的氧化膜，阻碍粒子塑性变形，增加沉积所需的临界速率，导致粒子间结合不良、孔隙率升高，加剧裂纹敏感性，从而降低沉积体的抗冲击性能和韧塑性。目前，作者团队^[39]利用高纯的铜粉(O含量 0.05%)冷喷涂增材制造(cold spray additive manufacturing，CSAM)制备沉积体，获得了与块体材料相当的拉伸强度以及超过30%的延伸率(图11^[39])，也利用该技术成功制备了强度可达135 MPa、延伸率可达18.4%的纯Zn沉积体^[40]。Singh等^[41]和List等^[42]也制备了高强高塑铜沉积体。另外，根据Singh等^[41]的报道以及本文作者的研究结果，利用纯度极高的铝粉也可以制备塑性较高的铝沉积体。在制备高强度、高塑性的冷喷涂沉积体时，必须严格控制粉末的O含量，以平衡力学性能。优化粉末制备、存储是实现高质量沉积体的关键。

在冷喷涂沉积过程中，粉末粒子表面的氧化膜起着至关重要的作用，其影响涉及粒子变形、界面结合、涂层组织及性能。本文综述了氧化膜在冷喷涂制备涂层(沉积体)过程中界面结合的影响机制，阐明氧化膜的厚度、连续性、化学性质和形貌结构将显著影响颗粒的临界沉积速率和变形程度。一方面，致密、完整的氧化膜由于其较高的强度和脆性，会抑制粉末在撞击过程中的塑性流动，导致金属粉末颗粒之间无法充分接触，从而在颗粒间形成未结合区域或脆性夹层，严重损害涂层或沉积体的结构完整性和力学性能；另一方面，在特定条件下，粉末氧化膜的破裂及其在界面区弥散分布，亦可能对涂层产生强化效应，提升其耐磨性或抗腐蚀性能。因此在冷喷涂过程中，粉末表面氧化膜既可能是沉积过程中的障碍，也可能在特定条件下成为增强涂层性能的关键因素。综上所述，深入理解氧化膜在冷喷涂过程中破裂、挤出及对沉积过程影响的演化机制，合理优化粉末处理和工艺参数，对于提高冷喷涂涂层的质量至关重要。

尽管近年来关于在冷喷涂过程中氧化膜对涂层组织及性能影响机制的研究取得了一定进展，但仍有许多值得深入探索的问题。未来的研究可以围绕以下几个方面展开。

(1) 氧化膜在高应变速率变形条件下的演化机制。目前关于氧化膜破裂和再分布的研究主要依赖于实验观察，缺乏对其在撞击瞬间动态行为的深入理解。未来可以利用高速原位实验技术(如高速显微成像、原位电子显微镜)，结合分子动力学模拟或有限元分析，系统研究氧化膜的破裂、挤出及再结合机制，以优化粒子界面结合质量。

(2) 不同材料体系中氧化膜的影响差异。现有研究主要集中于铝、铜、钛等典型冷喷涂材料上，但对于镍基合金、高熵合金及复合材料中的氧化膜作用研究仍较为有限。未来应针对不同材料体系，分析氧化膜的成分、结构及厚度对冷喷涂沉积行为的影响，以拓展冷喷涂技术在高性能合金及多功能涂层中的应用。

(3) 氧化膜对沉积效率和界面结合的量化研究。目前关于氧化膜对沉积效率的影响主要基于定性分析，缺乏定量描述。未来可基于粒子变形建模，结合实验统计数据，建立氧化膜厚度-粒子结合率-涂层致密度的关联模型，以实现对沉积效率的精准预测和优化。

(4) 利用受控氧化实现功能性涂层设计。尽管大多数研究聚焦于削弱氧化膜对冷喷涂组织和涂层性能的不利影响，但在某些应用中，氧化膜可以作为强化相或功能层，提高涂层的耐磨性、耐高温氧化性能及电绝缘性能。例如，通过受控氧化(如高温预氧化处理)调控氧化膜的厚度和结构，可使其在冷喷涂沉积过程中均匀弥散在沉积体内部，从而实现涂层的功能优化。

(5) 氧化膜对冷喷涂增材制造金属结构的影响。近年来，冷喷涂增材制造技术逐渐兴起，其成形效率和材料利用率受氧化膜影响较大。未来应进一步研究氧化膜在多层沉积过程中的累积效应，优化粉末状态和工艺参数，以提升冷喷涂增材制造制备高强韧结构件的能力。