W-Ni-Fe三元合金等离子球化过程的SPH仿真研究

针对表面张力影响下的W-Ni-Fe三元合金,通过光滑粒子流体动力学(SPH)建立了仿真多元金属液滴碰撞融合过程的数值模型,获得了流体在等离子球化过程中的流场和温度分布。结果表明,W的占比越高、粒径越小、环境温度越高、Marangoni力越大,则球化度越好。根据SPH模拟结果选择了平均粒径1.5μm的W粉、平均粒径4.1μm的Ni粉和平均粒径2.4μm的Fe粉为原料,按照质量比W∶Ni∶Fe=90∶7∶3进行喷雾造粒,在等离子焰流温度为8000℃条件下球化,球化后的三元合金粉末球形度好,内部致密。球化后颗粒流动性为11.62 s/50 g,松装密度10.66 g/cm3,有利于使用铺粉方法进行3D打印。证实了SPH仿真结果可靠,该模拟结果可用于指导难熔金属W的等离子球化制备工艺。     

感应等离子体制备高纯致密球形钼粉研究

利用感应等离子体技术制备出高纯致密球形钼粉,实现了钼粉的球化、致密化、细化和纯化,同时研究了感应等离子体功率和原料粉粒度对球化率的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和激光粒度分析仪对球化处理前后粉末的形貌、物相和粒度分布进行测试和分析。结果表明,形状不规则的原料钼粉,经等离子体球化处理后得到球形度好、表面光滑、分散性良好、球化率几乎可达100%的球形钼粉。球化处理后,钼粉粒度变细,且粒度分布更集中。相同工艺条件下,随着等离子体功率的增加,钼粉的球化率先增大后降低,当等离子体功率为25 kW时钼粉球化效果最好,粒度较小的钼粉球化率较高。随着钼粉球化率的提高,粉末的流动性得到显著改善,松装密度也得到提高。钼粉末的流动性由40 s/50 g提高为11 s/50 g,松装密度由2.3 g/cm~3提高到6.1 g/cm~3。     

射频热等离子体球化氧化铝粉末的实验研究

采用射频热等离子体作为高温热源对氧化铝粉末进行球化处理实验研究。结果表明:当送粉量为35 g/min时,球化后的氧化铝粉末表面极光滑,而且颗粒与颗粒之间没有粘连,分散性好,球化率几乎达到了100%。进一步提高送粉量,球化率有所降低。采用X射线衍射仪分析球化前后氧化铝粉末的相变。结果显示:前驱粉末为弱结晶的γ-Al2O3经射频热等离子体球化后变转为结晶度较好的α-Al2O3和θ-Al2O3。     

选区激光熔化成形用钽粉的射频等离子体球化

以不规则状钠还原钽粉为原料,采用射频等离子体球化技术制备高纯致密球形钽粉,实现了还原钽粉的球化、致密化和纯化。研究了送粉速率、载气流量、反应室压力等工艺参数对钽粉球化率及粉体特性的影响,并探索了球化钽粉的选区激光熔化成形适用性。结果表明:不规则状钠还原钽粉,经射频等离子体球化处理后可得到表面光滑、内部致密、高纯低氧、球化率可达100%的球形钽粉。球化处理后,钽粉粒度分布变窄。钽粉的球化率随送粉速率的增大而降低,随载气流量的增加先升高后降低。弱负压更有利于获得较高球化率的钽粉。随着球化率的提高,钽粉的流动性能显著改善,松装密度与振实密度明显提高。当送粉速率为30 g/min,载气流量为5.0 L/min,反应室压力为82.7 kPa时,球形钽粉霍尔流速提高到5.98 s/50g,与不规则形钠还原钽粉相比,松装密度由3.503 g/cm~3提高到9.463 g/cm~3,振实密度由5.344g/cm~3提高到10.433g/cm~3,且氧含量由0.076%降低至0.0481%。另外,射频等离子体球化钽粉具有良好的选区激光熔化成形适用性,其试样致密度ρ≥99.5%,抗拉强度σ_b=693 MPa,屈服强度σ_(0.2)=616 MPa,延伸率δ=28.5%。     

射频等离子体制备球形钛粉

以不规则形状的大颗粒TiH2粉末为原料,采用射频等离子球化处理技术制备出微细球形Ti粉。采用扫描电子显微镜、X射线衍射和激光粒度分析测试方法对粉末形貌、物相和粒度进行测试。结果表明:大颗粒的TiH2粉末的脱氢分解、爆碎和球化处理在等离子体中一步完成,得到微细球形粉末。其相组成主要为Ti和残余TiH相;球形粉末在1.3×10-4Pa真空条件下,经750℃、2h脱氢处理后得到单相球形Ti粉。颗粒平均粒径由原来的100~150μm减小至20~50μm,球化率可达到100%。随着加料速率的增加,粉末的球化率降低。采用射频等离子体处理TiH2粉是制备微细球形钛粉的一种新方法。     

直流电弧热等离子体球化处理TA1粉末工艺研究

采用直流电弧热等离子体对不规则TA1粉末进行球化处理。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、粒度粒形分析仪、霍尔流速计、斯科特容量计及氧氮分析仪等分析测试手段,研究球化工艺对粉末组织形貌、粒度分布、球形度、流动性、松装密度及氧含量的影响。结果表明,球化处理可将不规则形状TA1粉末球化为表面附着亚微米颗粒的实心球形;球形粉末内部组织由等轴状α相转变为长条状α相。球化处理使TA1粉末平均粒径和氧含量降低,球形度升高。原料粉末粒度越小、等离子体发生器功率越高,球化后粉末平均粒径越小,球形度越高;但会导致球化后粉末中亚微米颗粒含量增加、粉末流动性变差、松装密度降低;去除亚微米颗粒可以提高粉末流动性,并进一步降低氧含量。     

不同形状钨粉化学镀铜的研究

通过化学镀法制备铜包钨复合粉末,研究不规则形状的钨粉以及经等离子球化处理的球形钨粉的化学镀铜。结果表明,对于颗粒形貌不规则棱角分明的破碎钨粉,经化学镀包覆后粉末没有明显的棱角,表面粗糙。而经等离子球化处理后球形度较高的球形粉,颗粒表面存在缺陷,化学镀后粉末的球形度没有明显的变化,化学镀层在其表面沉积均匀,且钨粉表面质量得到改善,不存在表面缺陷。化学镀后复合粉末在600℃下进行氢气退火处理后,镀层上的粗糙的表面变得平滑,镀层中的空隙明显减少,形成了一层均匀致密的铜层包覆在钨颗粒表面。     

选区激光熔化成形用钽粉射频等离子体球化研究

以不规则状钠还原钽粉为原料,采用射频等离子体球化技术制备高纯致密球形钽粉,实现了还原钽粉的球化、致密化和纯化。研究了送粉速率、载气流量、反应室压力等工艺参数对钽粉球化率及粉体特性的影响,并探索了球化钽粉的选区激光熔化成形适用性。结果表明：不规则状钠还原钽粉,经射频等离子体球化处理后可得到表面光滑、内部致密、高纯低氧、球化率可达100%的球形钽粉。球化处理后,钽粉粒度分布变窄。钽粉的球化率随送粉速率的增大而降低,随载气流量的增加先升高后减小。弱负压更有利于获得较高球化率的钽粉。随着球化率的提高,钽粉的流动性能显著改善,松装密度与振实密度明显提高。当送粉速率为30g/min,载气流量为5.0slpm,反应室压力为12.0Psi时,球形钽粉霍尔流速提高到5.98s/50g,松装密度由3.503g/cm_³提高到9.463g/cm_³,振实密度由5.344g/cm_³提高到10.433g/cm_³,且氧含量由0.076%降低至0.0481%。另外,射频等离子体球化钽粉具有良好的选区激光熔化成形适用性,其试样致密度ρ≥99.5%,抗拉强度σ_b=693MPa,屈服强度σ_0.2=616MPa,延伸率δ=28.5%。     

射频等离子体法制备球形化TC4(Ti6Al4V)合金粉末（英文）

采用射频等离子体法制备了高度球形化的TC4(Ti6Al4V)合金粉末。主要探究仪器送粉喷嘴高度、产生等离子体的功率、反应室的压力、原料粉体的粒度分布、送粉速率以及载气的气流速率等对于粉体球化率的影响。通过SEM图像观察粉体的形貌变化并计算粉体的球化率,利用XRD图谱测定球化前后粉体相结构。结果表明,通过观察球化粉末横截面可知粉末为实心球体且表面光滑,球化后粉末流动性明显提高,松装密度增大,粒度分布变窄,适合3D打印等应用技术对于合金粉体的要求。实验中,调节送粉喷嘴高度为12.5 cm,反应室压力为101.36 kPa,送粉速率为1.742 g/min,产生等离子气的功率为27.2 kW且控制原料粉体的粒度分布在38～63μm时,可使得球化率达到99%,明显高于其他球化粉末制备方法。     

钽粉等离子体球化及其球化过程中卫星粉的形成机制

微米级钽粉(Ta)在生物医疗增材制造和其它制造领域具有广阔的应用前景。采用射频热等离子体对不规则钽粉进行球化处理以改善其流动性,对等离子体球化处理前后的钽粉进行了表征,并分析了球化过程中卫星粉的形成过程与机制。结果表明,经等离子体球化后的钽粉具有较为理想的球形度和光滑的表面,其霍尔流动性和表观密度分别从13.6 s·(50 g)^-1提高到6.73 s·(50 g)^-1和6.83 g·cm^-3提升至9.06 g·cm^-3,钽粉的球化率和球形度分别可约达95.2%和0.92;球化过程中卫星粉的形成主要是因液滴的碰撞所致,且随着送粉速度的增加,液滴碰撞概率增大,液滴的凝并使球形颗粒的粒径增大。     

感应等离子体球化热喷涂粉体材料研究进展

介绍了传统非等离子体法制备球形粉体方法--雾化法和喷雾造粒法,分析了其在热喷涂球形粉体制备过程中存在的优势和局限性。综述了等离子球化技术在热喷涂粉体材料领域中的应用现状,并深入讨论了感应等离子体球化过程中不同的工艺条件对粉体球化率和形貌的影响:原料粉体状态决定了球化后粉体的平均粒径,降低粉体原始粒径可以提高熔融程度,粒径分布较窄的原始粉体有利于得到高球形度粉体;适当增大输入功率和工作气体流量,可降低细小颗粒的粘附现象;工作气体的种类会影响等离子焰炬的热焓值;送粉速率需要结合粉体性质择优选取。这些关键影响因素对热喷涂粉体性能的调控机制,以及深入认识等离子体作用条件下的热喷涂粉体球化机理,提供了有力的理论支撑。总结和展望了感应等离子球化技术在热喷涂陶瓷粉体材料制备中存在的问题和发展方向,感应等离子体球化技术作为制备高纯度、无污染热喷涂球形粉体材料的一种新技术,具有广阔的应用前景。     

面向等离子体材料钨厚涂层的制备及表征

等离子体喷涂技术在面向等离子体材料钨涂层的制备中占据主导地位,本实验采用CuMo/MoW作为涂层的中间过渡层,分别以结晶钨粉和羰基钨粉为原料,用大气等离子体喷涂技术在CuCrZr合金基体(110 mm×130mm)上制备了3-4 mm厚的3种钨涂层.对钨涂层微观组织、力学性能和热学性能研究表明,羰基钨粉制备的钨涂层的综合性能优于结晶钨粉,且薄涂层的结合强度优于厚涂层.优化喷涂工艺后,金相法测得钨涂层孔隙率＜2％,涂层的结合强度最大值为10 MPa,EDS测得氧含量为6％左右,纯钨层热导率最大值为12.52 W/(m.K),涂层氧含量过高导致涂层热导率显著降低.研究表明采用大气等离子体喷涂技术在铜合金上制备3～4mm厚的钨涂层是可行的,该技术可为下一步低成本、高性能厚钨涂层的制备奠定基础.     

W-Ni-Fe合金药型罩的破甲特性

为了研究W-Ni-Fe合金药型罩的射流特征及破甲特性,对W-Ni-Fe合金药型罩进行静破甲试验,采用X射线照相系统研究W-Ni-Fe合金药型罩的射流形成能力,并对侵彻后的靶板进行宏观及微观分析。结果表明,W-Ni-Fe合金药型罩能形成高速延性射流,虽然穿深较低但破孔孔径大。靶板微观分析表明,破孔表面射流残余多且形成了高硬马氏体区。XRD结果表明,射流与钢靶相互作用剧烈,在破孔表面形成了大量Fe0.95W0.05化合物。马氏体及化合物硬质相的存在使得射流能量横向耗散严重,这是造成W-Ni-Fe合金药型罩穿深低、破孔大的主要原因     

铁547B合金热喷熔技术在高温高压阀门密封面性能强化方面的研究

用氧乙炔焰加熔剂助熔一步法在12Cr1MoV珠光体耐热钢高温高压阀门密封面基体上喷熔Fe547B合金粉末，对喷熔工艺及喷熔层的硬度、时效硬化特性、热耐久性能、抗擦伤性能等性能进行了较系统的试验研究。证明用喷熔Fe547B合金粉末工艺修复电站高温高压阀门密封面裂纹是可行的。     

铁547B合金热喷熔技术在高温高压阀门密封面性能强化方面的研究

用氧乙炔焰加熔剂助熔一步法在12Cr1MoV珠光体耐热钢高温高压阀门密封面基体上喷熔Fe547B合金粉末,对喷熔工艺及喷熔层的硬度、时效硬化特性、热耐久性能、抗擦伤性能等性能进行了较系统的试验研究。证明用喷熔Fe547B合金粉末工艺修复电站高温高压阀门密封面裂纹是可行的。     

高温高压阀门密封面喷熔铁547B合金研究

用氧-乙炔焰加熔剂助熔一步法,在12Cr1MoV珠光体耐热钢和25#钢高温高压阀门密封面基体上喷熔铁547B合金粉末,对喷熔工艺和喷熔层的硬度、时效硬化特性、热耐久性能、抗擦伤性能等使用性能进行了较为系当屯的试验,研究证明：用喷熔铁547B合金粉末工艺修复电站高温高压阀门密封裂纹是可行的。     

中频熔敷WC、铬铁、SiC增强铁基复合层组织和耐磨性研究

为了进一步提高Fe55自熔性舍金粉末熔敷层的耐磨性能,在Fe55合金粉末中添加了碳化钨、铬铁、碳化硅颗粒,利用中频感应加热在42CrMo钢表面进行熔敷.通过正交试验研究了碳化钨、铬铁、碳化硅颗粒加入量对熔敷层组织、结构、硬度及耐磨性的影响.研究表明:铬铁添加量在10％,碳化钨添加量在8％,碳化硅添加量在3％时,熔敷层组...     

Transient Liquid-Phase Sintering Characteristic of W-Ni-Fe Alloy via Microwave-Assisted Heating

研究了W-Ni-Fe合金在2.45 GHz微波炉中瞬时液相烧结的致密化行为和力学性能。结果表明:微波辅助热场下的93W-Ni-Fe合金显示出优异的力学性能和快速的致密化过程,其压缩试样在1500℃下烧结5 min后,拉伸强度、延伸率、相对密度和硬度(HRC)分别是1200 MPa,16.6%,98.6%和42.0;在微波辅助热场下,试样烧结可以减少80%的烧结时间;微波辅助热场下的瞬时液相烧结有利于减少烧结时间,加快致密化过程,并且有利于钨晶粒的细化,获得组织均匀和综合性能高的W-Ni-Fe合金。     

Plasma spray forming of tungsten coatings on copper electrodes

Both direct current dc plasma and radio frequency induction plasma were used to deposit tungsten coatings on copper electrodes. Fine tungsten powder with mean particle size of 5 um and coarse tungsten powder with particle size in the range from 45 um to 75 um were used as plasma spray feedstock. It is found that dc plasma is only applicable to spray the fine tungsten powder and induction plasma can be used to spray both the coarse powder and the fine powder. The tungsten coating deposited by the induction plasma spraying of the coarse powder is extremely dense. Such a coating with an interlocking structure and an integral interface with the copper substrate demonstrates high cohesion strength and adhesion strength.     

Properties of Reactive Plasma Sprayed TiB2-TiC0.3N0.7 Based Composite Coatings with Cr Addition and Laser Surface Treatment

Thick TiB₂-TiC_0.3N_0.7 based composite coatings were deposited by reactive plasma spraying (RPS) successfully in air. The influence to the coating properties (morphology, Vickers microhardness and corrosion resistant property) with Cr addition in the thermal spray powder and TiB₂-TiC_0.3N_0.7 based coatings treated by laser were investigated. The phase composition, structure and properties of composite coatings were studied using XRD, SEM, EDS, Vickers microhardness and electrochemical testers. The results show that the Vickers microhardness values and the density of laser surface treated coatings are improved significantly. The Cr addition in the thermal spray powder can increase the density, improve the wettability of ceramic phases, uniform the phase distribution and enhance the corrosion-resistant property of coatings. However, due to lower microhardness of metal Cr than ceramic phases in coatings, the Vickers microhardness values of plasma sprayed coatings and plasma sprayed coatings with laser surface treatment are a little lower than that of each coating without Cr addition in the thermal spray powder.