超音速等离子喷涂过程颗粒运动特性（英文）

在对等离子喷涂多物理场特性分析的基础上,考虑拖曳力、热泳力、压力梯度力等受力,对颗粒的运动特性进行研究。利用SprayWatch-2i对飞行颗粒进行在线监测并与计算值进行对比。结果表明:距喷嘴出口90~100 mm是超音速等离子喷涂的最佳喷涂距离。超音速等离子喷涂颗粒所受气流的拖拽力要大于普通等离子喷涂。当距离喷嘴出口90 mm处时,颗粒的最低温度达到3800 K,已高于Al_2O_3的熔点,此时颗粒已完全熔化。颗粒在等离子射流中发生细化,在距离喷嘴出口100 mm处直径小于5μm的颗粒所占比例超过了50%,颗粒主要发生的是振动破碎。通过实验验证了超音速等离子喷涂数值模拟的正确性。     

水煤浆喷嘴温度场和应力场分析及涂层材料应用

为提高新型水煤浆喷嘴的抗冲蚀性能,采用有限元分析法,对新型水煤浆喷嘴稳定工作时的温度和应力场进行了分析计算;并对超音速喷涂制备的涂层与等离子喷涂涂层、激光熔覆制备涂层与喷嘴材料哈氏合金的冲蚀性能进行试验研究.结果表明喷嘴稳定工作时,出口端部的温度较高、温度梯度较大,水煤浆通道温度在300～500℃.热应力最大值发生在冷却水套管的外壁圆角处,同时喷嘴出口端部应力较大.在不同的冲蚀速度下,3种涂层的抗冲蚀能力均优于哈氏合金,且超音速喷涂制备涂层的抗冲蚀能力最优.     

超音速电弧喷涂粒子速度的计算机仿真

粒子速度对涂层质量有重要的影响,计算机仿真是确定粒子运动规律的有效方法。通过建立数学模型,对超音速电弧喷涂纯铝的粒子速度进行了仿真计算,结果表明,粒子飞行过程中经历了一个加速减速的过程,直径40μm的粒子最大速度为365m／s,最大速度点离喷嘴出口52mm,试验测得的粒子最大速度为386m/s,位置在喷嘴出口40～60mm范围内。仿真计算反映了射流中粒子的运动特征,从理论上证明超音速电弧喷涂的粒子速度超过音速。     

应用守恒法预测等离子喷枪出口温度和速度

通过混合等离子气热焓和密度计算,基于质量和能量守恒,提出了一种预测直流等离子喷枪出口温度和速度的方法。该方法考虑了等离子气压力、喷嘴直径、等离子形成气体性质以及喷涂功率的影响。计算结果与相关试验符合较好。应用该方法分析了喷涂工艺对喷枪出口最大温度和速度的影响规律,可用于指导等离子喷涂工艺的选择。     

喷嘴出口直径对冷喷涂射流流场及基板最佳位置影响的数值分析

冷喷涂过程中,喷嘴出口后射流流场的波系结构对粒子冲击基板时的速度有很大影响.利用CFD软件Fluent对不同出口直径的喷嘴后单相自由射流和两相冲击射流流场进行了模拟计算.结果表明,喷嘴出口直径对冷喷涂射流流场及粒子冲击速度会产生一定的影响;在喷嘴出口与基板之间存在一个最佳距离使得粒子能够获得较大的冲击速度,该最佳距离会随喷嘴出口直径的增加而线性增加.     

大功率等离子喷涂枪的设计

针对等离子喷涂大功率化的要求，设计了大功率等离子喷涂枪，利用二次喷嘴，功率可达100kW以上，喷嘴管型采用拉筏儿管，使等离子焰流速度达到超音速，出口的焰流为匀直流，利用双水内冷，分别调节钨极与喷嘴的冷动水流量，从而控制等离子流的热焓，有效提高了能源利用率，延长了喷枪的使用寿命。     

低压条件下的等离子射流特性分析

低压等离子喷涂由于具有特殊的射流特性,以及可以沉积组织均匀的特殊结构涂层而备受关注.涂层的形成受到等离子射流特性的影响,比如焓值、温度、速度等.研究中利用热焓探针技术在环境压力为3 kPa的条件下,测量了Ar-H₂等离子体不同轴向位置射流中心的焓值和压力,并且进一步计算了射流的温度和速度,以及表征等离子体对粉体加热能力的努森数.结果表明,等离子射流在距离喷嘴出口12.5 mm处的温度为11 000 K;400 mm处降为7 000 K;等离子射流速度在喷嘴出口处25 mm左右达到最大值,约为2 000 m/s;喷嘴外部等离子射流的努森数处于过渡区,对粉体的加热能力较低.     

冷喷涂工艺中射流过程的数值模拟研究

在冷喷涂材料表面改性技术研究中，喷嘴出口的超音速气流射流流场直接影响喷涂的效果和喷涂质量，故喷嘴出口后射流的流场数值计算分析非常重要。通过对数学模型的工程简化，完成气相射流流场的数值模拟，给出了可压缩气体压力、温度和速度分布，根据计算结果，完成对实验的优化设计。     

氧化铝涂层的超音速等离子喷涂参数影响及硬度分析

目的初步明确超音速等离子喷涂参数对涂层的影响规律,优化工艺参数。方法采用超音速等离子喷涂技术制备Al2O3陶瓷涂层,对涂层进行表征,分析喷涂电流I、等离子发生气体压力Pair、喷距d对涂层显微结构的影响。基于涂层显微硬度HV设计工艺优化试验,建立喷涂参数与显微硬度之间的回归方程。结果 I=260 A或Pair=0.55 MPa时,涂层是α-Al2O3和γ-Al2O3双相复合结构;I=340 A或Pair=0.35 MPa时,涂层几乎全由γ-Al2O3相组成,基本不含有未熔颗粒;喷距变化对涂层相组成的影响不显著。I或d增大,或者Pair降低,显微硬度都呈增大趋势。结论在实验范围内,超音速等离子喷涂Al2O3涂层的显微硬度最优工艺是:Pair=0.35 MPa,I=340 A,d=230 mm。     

超音速大气等离子喷涂TiB2−SiC涂层的制备与性能

将喷雾造粒制备的TiB2?SiC粉末进行真空煅烧,采用超音速大气等离子喷涂制备TiB2?SiC涂层,研究喷涂功率和喷涂距离对TiB2?SiC涂层性能的影响,并对超音速等离子喷涂制备TiB2?SiC涂层的工艺进行优化。结果表明:煅烧后的喷涂粉末粒径分布均匀,球形度良好,流动性增强。煅烧粉末制备的涂层结构致密、沉积效率高。当采用超音速等离子喷涂煅烧后的TiB2?SiC粉末、喷涂功率为95 kW、喷涂距离为150 mm时,制备的TiB2?SiC涂层综合性能最好:孔隙率为5.6%,显微硬度为3.57 GPa,结合强度为18.3 MPa,电阻率为10.8 mΩ·cm。     

数控车床高压冷却喷嘴的优化设计

为了研究高压冷却喷嘴结构参数对流体射流的影响,文章针对高压冷却系统的执行部件锥形喷嘴的收缩角、入口直径与出口直径的比值两个主要因素进行了结构参数的优化设计。采用计算流体动力学的分析软件Fluent对喷嘴的流场进行了数值模拟,通过仿真研究和分析对比其喷嘴流场的特性曲线获取了喷嘴的优化参数。基于Mixture多相流模型理论对其优化后的喷嘴进行了外部流场的气液两相模拟实验和车削断屑实验。研究结果表明:随着收缩角的增大,喷嘴射流的动压值先增大后减小,在α=25°时动压力达到了最大值;距喷嘴出口60 mm处截面上的径向速度随着距离的增加而下降,在α=25°时截面上的径向速度变化幅度最小;当喷嘴的直径比C_d=3时,射流初始段的轴向速度达到最大值,能产生更好的断屑效果。     

等离子喷涂流场分布及颗粒运动特性（英文）

考虑了化学反应及压力梯度力,对等离子喷涂流场分布及颗粒运动特性进行研究。利用Spray Watch-2i对飞行颗粒进行在线监测。结果表明:气流的最高温度为12000 K,最高速度为150 m/s。当载气流量在4 L/min时,颗粒能够很好的加热加速。当送粉流道与射流方向垂直时,颗粒分布在流场外围,而当送粉流道与流场垂直方向倾斜8°夹角后,颗粒的运动轨迹偏向流场中心。当颗粒直径为10μm时,颗粒能够被载气送入到射流中心位置。而当颗粒直径逐渐增大时,颗粒穿过射流中心分布在流场外围。颗粒的最大速度达到270.9 m/s,最大温度达到3939 K。最佳喷涂距离为80 mm。     

前驱体溶液等离子喷涂参数对涂层形貌的影响及沉积行为机理研究

目的对不同喷涂工艺参数下涂层的相结构、显微形貌进行研究,确定优化的喷涂工艺参数,讨论分析涂层的沉积行为机理。方法采用前驱体溶液等离子喷涂(SPPS)的方法制备纳米Yb_2O_3稳定的ZrO_2(YbSZ)涂层。在传统等离子喷涂的基础上,增加液料雾化装置,雾化喷嘴将溶液雾化后直接注入到等离子弧中,通过控制喷涂距离及喷涂功率,研究了涂层相结构、结晶度、晶粒尺寸以及显微形貌的变化趋势,并且结合显微形貌讨论了沉积机理。结果涂层呈现团聚大颗粒、纳米级粒子、大小均匀的孔隙三种显微形貌,大颗粒之间呈堆积形态。当喷涂功率为30 kW时,涂层呈现m-ZrO_2,平均晶粒尺寸达669 nm。随着喷涂距离、喷涂功率的增加,样品中检测到单一的t-ZrO_2相,而且纳米尺寸颗粒的数量大大增加,孔径变小。随着喷涂距离由60 mm增加到100 mm,平均晶粒尺寸先由429 nm减小到177 nm,随后又增加到319 nm。结论喷涂参数影响晶粒的结晶度、晶粒尺寸以及涂层的显微形貌,低功率下得到的涂层存在糊状未结晶组织。增大喷涂功率,可以有效增大结晶度和晶粒尺寸;随着喷涂距离的增大,晶粒尺寸先减小后增大。雾化液滴在等离子火焰中一般要经历浓缩、饱和、固化、析晶形核长大、粒子重熔扁平化的历程,喷涂功率越高,经历温区越高,液滴演变就越充分,通过优化工艺参数可以得到不同结构性能的功能涂层。     

等离子喷涂NiCrCoAlY涂层氧化控制研究

利用等离子喷涂技术制备了NiCrCoAlY粒子和涂层,研究了等离子喷涂过程中NiCrCoAlY粒子的氧化行为以及屏蔽气体对NiCrCoAlY涂层抗高温氧化性能的影响。结果表明,粒子在飞行过程中存在对流氧化和扩散氧化两种氧化机制,对NiCrCoAlY粒子来说,在距喷嘴55 mm以内的射流中心处以对流氧化为主,在距离喷嘴55 mm以外将以扩散氧化为主;除飞行中的氧化外,粒子在喷涂过程中还发生形成涂层后的氧化,NiCrCoAlY粒子以飞行中的氧化为主;添加屏蔽气体能减少喷涂过程中涂层的氧化,提高涂层的抗高温氧化性能     

基于响应曲面的Ar气氛超音速等离子喷涂钛涂层

采用超音速等离子喷涂可低成本、高效率制备钛涂层。采用响应曲面法（RSM）中的Box-Behnken（BBD）设计分析了Ar流量、功率、喷涂距离3个因素与超音速等离子射流中钛粒子飞行速度和温度的交互性,利用SEM和显微硬度计研究了钛涂层的微观结构和显微硬度。结果表明：建立的线性模型可靠,喷涂距离对粒子飞行速度和温度影响最大,且随喷涂距离增加粒子飞行速度减小温度增加,而Ar流量和功率对粒子飞行速度和温度的影响与喷涂距离相反。超音速等离子喷涂制备出的钛涂层硬度较低,且呈多孔结构,随粒子飞行速度增加孔隙率降低。     

超音速等离子喷涂Al_2O_3涂层制备及工艺优化

采用超音速等离子喷涂技术制备了Al2O3陶瓷涂层,利用XRD、SEM对涂层进行表征与分析。根据Box-Behnken二阶响应曲面法,基于涂层厚度h设计了三因素三水平的工艺优化试验,建立了喷涂电流I、等离子发生气体压力Pair、喷距d与响应输出值之间的数学模型。结果表明:涂层与基体结合界面良好,涂层致密且孔隙率极低;大颗粒在超音速等离子射流中熔化不充分而保留原始α-Al2O3相,工艺适用粉末要求粒径小且分布较窄,得到了沉积厚度的最终响应曲面法拟合方程。I或d增大,或Pair降低,h都呈增大趋势,最优工艺为Pair=3.5 MPa,I=340 A和d=230 mm。     

钛-铝双丝超音速电弧喷涂过程中熔滴粒子几何特性研究

为了研究工艺参数对钛-铝双丝超音速电弧喷涂熔滴粒子尺寸的影响规律,通过对喷枪出口处气流速度、气体质量流率和金属熔滴质量流率的分析测定,以Nukiyama-Tanasawa模型为基础,建立了喷涂粒子的平均直径与喷涂电压和电流间的解析关系,并对喷涂电压和电流对熔滴粒子平均直径的影响进行了计算机模拟仿真.结果表明:在喷枪结构和雾化气体压力一定时,雾化粒子的平均直径随喷涂电流的增大而增大,随喷涂电压的升高而减小,但总的变化幅度却较小.利用激光粒度分析仪对一定喷涂工艺条件下所得的粒子平均直径进行实验分析,结果与计算值之间的相对误差为9.52%,扫描电镜观察表明粒子形态以球形颗粒为主.     

超音速等离子喷涂工艺参数对 Cr2O3涂层硬度的影响

目的研究影响超音速等离子喷涂Cr2O3涂层硬度的主要因素,制备出高硬度涂层。方法首先采用单变量法研究超音速等离子生成气体压力(空气压力)和喷涂距离对涂层显微结构的影响,然后采用正交试验研究喷涂电流、空气压力、喷涂距离对Cr2O3涂层硬度的影响。结果工艺参数对Cr2O3涂层硬度影响的主次顺序为:空气压力>喷涂电流>喷涂距离。结论获得高硬度涂层的最佳工艺参数组合为:空气压力0.4 MPa,喷涂电流270 A,喷涂距离200 mm。在该工艺条件下获得的涂层致密、均匀,孔隙率小。     

HVAP 及 HVOF 工艺制备 WC10Co4Cr 复合涂层及其性能研究

目的对比研究超音速等离子喷涂(HVAP)技术与超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备WC10Co4Cr涂层,并根据涂层组织形貌与电化学特性判断两种工艺的优劣。方法采用SEM及XRD分析WC10Co4Cr复合涂层的微观形貌和物相,在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中对涂层进行电化学分析。结果 WC10Co4Cr涂层由较大的WC颗粒及粘结相组成,在喷涂过程中WC颗粒不断累积形成层片状结构,涂层有较小程度的失碳,形成了具有脆性的W2C。电化学极化测试表明,超音速等离子喷涂技术制备的涂层表现出优异的抗电化学腐蚀性能。结论超音速等离子喷涂技术制备的WC10Co4Cr涂层显微硬度为1197HV,孔隙率为0.50%,腐蚀电位为-0.3947 V,腐蚀电流密度为9.19×10-7A/cm2,腐蚀速率为1.01×10-2g/(m2·h),腐蚀深度为1.09×10-2mm/a,具有与超音速火焰喷涂涂层相似的耐腐蚀性能。     

参数对超音速等离子喷涂高炉风口Cr_2O_3-TiO_2涂层性能的影响

为了研制一种致密、结合强度高的高炉风口用Cr_2O_3-TiO_2复合涂层,研究了工艺参数对超音速等离子喷涂Cr_2O_3-TiO_2涂层结合强度和孔隙率的影响。确定了涂层致密度和结合强度最佳时的工艺参数。利用图形分析软件和涂层的截面显微组织照片计算涂层的孔隙率,通过拉伸实验测定涂层的结合强度。结果表明,随着喷涂参数(喷涂距离、喷涂功率、送粉率)的增大,涂层的结合强度先上升后下降,而涂层的孔隙率呈相反趋势。喷涂距离是影响涂层的孔隙率和结合强度的最主要因素,喷涂功率稍次之,送粉率的影响力最小。参数范围在喷涂功率64～66 kW、喷涂距离98～105mm、送粉率33～36 g/min时,涂层结合强度最高,孔隙率最低。