基体表面粗糙度对冷喷涂Ti6Al4V界面结合的数值模拟∗

在冷喷涂过程中,基体的表面粗糙度会影响涂层和基体之间的结合,目前对该问题关注还不够,且存在一定争议。以冷喷涂修复 Ti6Al4V 钛合金(TC4)过程为研究对象,利用有限元模拟手段,建立二维和三维单粒子在不同表面粗糙度基体上的撞击模型。通过分析粒子在撞击到光滑表面、研磨表面和喷砂表面三种情况下界面的温度、等效塑性应变及系统能量的变化,得出以下结论：随着基体表面粗糙度的增加,粒子的等效塑性应变和扁平率逐渐减小。界面温度和等效塑性应变在基体“波峰”处较高,在“波谷”处较低,在高的表面粗糙度下,粒子的塑性变形减弱,反弹趋势增强。研究结果表明,对冷喷涂 TC4 修复过程而言,基体的粗糙化不利于涂层与基体的结合。研究结果可为冷喷涂修复钛合金过程中基体预处理方式的选择提供理论指导。     

基体表面粗糙度对涂层结合强度的影响

采用不同粒度的喷砂材料对基体表面进行喷砂粗化预处理,研究基体表面粗糙度的变化及其对等离子涂层和电弧涂层结合强度的影响.结果发现,基体表面粗糙程度对涂层与基体的结合强度有很大的影响.对于等离子喷涂,表面粗糙度应该存在一个最佳范围,并不是表面粗糙度越大,涂层与基体的结合就越好.喷涂方法不同,粗糙度的变化对涂层结合强度的影响不同.     

基体表面粗糙度对HVOF粒子沉积行为的影响

目的 研究超音速火焰喷涂时,45#碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响.方法 基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析.结果 不同45#碳钢基体表面粗糙度下,WC-12Co粒子的沉积行为存...     

基于Euler法的冷喷涂粒子与基体高速冲击过程数值分析

利用非线性动力分析软件LS-DYNA,对冷喷涂中铜粒子与铜基体的碰撞过程进行了数值分析.研究冷喷涂过程中沉积粒子与被喷涂基体的变形行为.结果表明:使用Lagrange法,当粒子撞击速度过大时,网格的过度畸变会导致计算的终止,其计算结果与实验结果相比有一定差距.而采用Euler法计算得到的铜粒子与铜基体在碰撞结束后的沉积形貌与实验观察吻合很好,表明模拟结果相对于Lagrange法的计算结果更为精确.此外,Euler法能准确的模拟多粒子共同撞击基体的过程,数值计算得到的多粒子涂层内部结构与实验结果也能很好的吻合.     

不锈钢表面冷喷涂铜涂层组织和性能研究

采用冷喷涂技术在不锈钢表面喷涂纯铜涂层;涂层的断面形貌和硬度分别通过光学金相显微镜观察和显微硬度计测试,同时研究了涂层的结合机理.结果表明,粉末在沉积过程中存在低速粒子,部分低速粒子沿原路径反弹后影响其他粒子的沉积;纯铜涂层与基体的结合为机械结合;涂层内部兼有部分冶金结合;涂层的硬度分布较均匀,且高于纯铜的硬度.     

冷喷涂Cu涂层过程中粒子速度的影响因素分析

简要介绍了冷喷涂技术特点及工艺原理。利用粒子测速仪对各种因素下的粒子速度进行了测试；借助扫描电镜观察了涂层以及涂层与界面的形貌；具体讨论和分析了气体压力、温度、粉末以及喷涂距离等因素对颗粒速度的影响。     

气体温度对冷喷涂Ni粒子结合与变形行为的影响

利用SEM对冷喷涂工艺中不同气体温度下Ni粒子碰撞Cu合金基板后的结合及变形形貌进行了表征.结果表明,随着气体温度的升高,粒子扁平率呈渐缓趋势增加,射流面积增大,粒子的结合率提高.变形粒子内存在剪切失稳薄层、强塑性变形区和低塑性变形区等3个变形程度不同的区域.粒子与基板的结合质量主要受剪切失稳薄层控制,而变形后粒子的形状主要受塑性变形区控制.证实了绝热剪切失稳是Ni粒子与Cu合金基板结合的主要机制.     

冷喷涂65%Zn-Al复合涂层的沉积特性

以Zn和Al粉末为原料(Zn质量分数为85%),采用冷气动力喷涂方法制备65%Zn-Al涂层。采用SEM和光学显微镜(OM)对涂层的显微组织进行研究,结合XRD和X射线能谱(EDS)对涂层的沉积特性进行分析。结果表明:在本实验条件下可获得厚度为0.7mm、孔隙率为1.7%的65%Zn-Al复合涂层;Al粒子的沉积效率要远高于Zn粒子的;Zn和Al粒子主要通过塑性变形机械咬合在一起,粒子间结合紧密;交界面处粒子由于连续冲击作用产生破碎细化;涂层显微硬度高于Zn和Al块材的,涂层的本身强度大于其与基体的结合强度,部分结合面涂层与基体存在元素扩散的现象,组织中未检测到固溶体与化合物相。     

冷喷涂Au纳米粒子在金属表面沉积过程的分子动力学模拟

通过对Au纳米粒子在Au基体上沉积过程的分子动力学模拟，再现了冷喷涂中Au纳米粒子在Au基体上沉积的过程以及粒子和基体表层的形貌变化；在撞击过程中，基体的局部区域有熔化现象，通过计算粒子原子进入基体表面层的数量及粒子与基体间的最终接触面积，探讨了影响喷涂粒子沉积过程的主要因素．     

粉末结构对冷喷涂纳米结构WC-Co沉积行为的影响

纳米结构WC-Co具有比常规WC-Co更高的硬度,因此受到了广泛关注.冷喷涂制备纳米结构WC-Co涂层过程中,因粒子温度低于熔点,沉积过程需要依靠WC-Co粒子的塑性变形,然而WC-Co粒子变形能力有限,使得WC-Co涂层难以实现有效沉积.文中从粉末结构角度出发,选用3种不同孔隙结构的WC-12Co粉末,运用扫描电镜研究不同结构WC-12Co单个粒子在基体上的沉积行为,分析了3种粉末在相同喷涂工艺参数下沉积的涂层的组织结构.研究发现,定点喷涂容易实现,沉积的WC-12Co沉积层组织结构致密,硬度接近块材,为粉末的连续沉积制备涂层提供了可能.涂层的连续沉积需要粉末和基体材料均产生一定的变形,具有一定孔隙结构的纳米结构WC-Co粉末,因其多孔结构促进了粉末拟变形的发生,适合于冷喷涂制备纳米结构WC-Co涂层.     

冷喷涂固态颗粒沉积中颗粒间结合形成机制研究进展

就目前主流的冷喷涂颗粒结合形成机理进行了系统总结和评述,为冷喷涂沉积体性能的调控和后续研究提供借鉴。分别就经典的颗粒界面绝热剪切失稳结合机理,颗粒界面应力波释放诱导材料射流形成结合机理,以及高速碰撞诱导颗粒表面氧化膜破碎、新鲜金属接触结合机理的基本概念、原理、特点进行了概括总结。通过大量系统文献的调研,指出现有理论目前存在的相悖和不足之处,并简要分析了现有颗粒间结合形成理论对冷喷涂沉积体质量调控方面的指导意义。最后基于现有研究的不足,对冷喷涂颗粒界面结合机制方面的研究进行了展望。     

Effect of Substrate Temperature on Deposition Behavior of Copper Particles on Substrate Surfaces in the Cold Spray Process

The deposition behavior of sprayed individual metallic particles on the substrate surface in the cold spray process was fundamentally investigated. As a preliminary experiment, pure copper (Cu) particles were sprayed on mirror-polished stainless steel and aluminum (Al) alloy substrate surfaces. Process parameters that changed systematically were particle diameter, working gas, gas pressure, gas temperature, and substrate temperature, and the effect of these parameters on the flattening or adhesive behavior of an individual particle was precisely investigated. Deposition ratio on the substrate surface was also evaluated using these parameters. From the results obtained, it was quite noticeable that the higher substrate temperature brought about a higher deposition rate of Cu particles, even under the condition where particles were kept at room temperature. This tendency was promoted more effectively using helium instead of air or nitrogen as a working gas. Both higher velocity and temperature of the particles sprayed are the necessary conditions for the higher deposition ratio in the cold spraying. However, instead of particle heating, substrate heating may bring about the equivalent effect for particle deposition. This article is an invited paper selected from presentations at the 2007 International Thermal Spray Conference and has been expanded from the original presentation. It is simultaneously published in Global Coating Solutions, Proceedings of the 2007 International Thermal Spray Conference, Beijing, China, May 14-16, 2007, Basil R. Marple, Margaret M. Hyland, Yuk-Chiu Lau, Chang-Jiu Li, Rogerio S. Lima, and Ghislain Montavon, Ed., ASM International, Materials Park, OH, 2007.     

冷喷涂单颗粒铜在铝基体上的显微结构研究

采用冷喷涂法在铝(Al)基体上沉积单颗粒铜(Cu),利用聚焦离子束/电子束(FIB/SEM)系统精确定位并原位制备了完整单个颗粒Cu沉积在Al基体上的透射样品,分析其显微结构及形成原因。实验结果表明,撞击过程中温度与应力分布不均匀,导致沉积Cu颗粒不均匀形变。Cu/Al界面受影响较大:颗粒动能转化为形变能和热能,打破了界面处氧化膜,使界面附近温度迅速升高,发生动态再结晶,生成金属间化合物Cu_9Al_4;Cu颗粒内距界面越远的区域,受温度和应力的影响越小,其变形主要是通过晶体内位错增殖和移动;沉积颗粒顶部,远离Cu/Al界面,几乎不受应力和温度影响,保持原始显微结构。     

A Three-Dimensional Analysis of the Cold Spray Process: The Effects of Substrate Location and Shape

A three-dimensional model of a Cold Gas Dynamic Spray system with a peripheral nonaxisymmetric powder feeder is studied in this work. It is found that the stagnation pressure alternates for different substrate standoff distances due to the nature of the supersonic flow interaction with the substrate. One can find the optimum substrate location for any given operating condition, which results in minimum pressure buildup on the substrate. The three-dimensional analysis sheds more light on the complex gas and particle flow fields generated due to the three-dimensional particle injection process. In addition, the three-dimensional model allows us to further investigate the effect of practical substrate shapes (such as convex and concave) on the flow field and consequently to determine the optimum conditions to deposit coating particles. This article is an invited paper selected from presentations at the 2007 International Thermal Spray Conference and has been expanded from the original presentation. It is simultaneously published in Global Coating Solutions, Proceedings of the 2007 International Thermal Spray Conference, Beijing, China, May 14-16, 2007, Basil R. Marple, Margaret M. Hyland, Yuk-Chiu Lau, Chang-Jiu Li, Rogerio S. Lima, and Ghislain Montavon, Ed., ASM International, Materials Park, OH, 2007.     

冷轧过程中轧制油对铝材表面质量的影响

试验研究了铝材冷轧过程中,工艺润滑对铝材表面质量的影响。通过对不同轧制油轧制时轧件的表面形貌和表面粗糙度的分析得出：使用轧制油可以有效的改善铝材的表面质量,尤其在基础油中加入添加剂后,轧制润滑效果得到更大的改善,但添加剂对铝板表面质量的影响具有双重性。     

基体表面粗糙度对激光沉积不锈钢形貌、组织及性能的影响

目的研究基体待沉积表面粗糙度的变化对激光沉积之后沉积层质量(宏观形貌、微观组织和力学性能)的影响,从而获得形貌、组织及性能优良的沉积层。方法采用316L不锈钢粉末,在不同表面粗糙度状态下P20钢基体表面分别进行单道单层、薄壁、多道搭接及块体沉积实验,获得测试分析所需沉积层,基于OM、SEM以及拉伸试验对沉积层组织性能进行分析。结果单道单层时,相对于铣削基体表面沉积层,喷砂基体表面沉积层的熔高、熔深增加幅度达到了100%,而熔宽增加较平缓;单道薄壁时,在前5层的沉积中,喷砂基体表面沉积高度增长达到2.5mm,铣削表面沉积高度仅为前者一半,喷砂基体上沉积层内部孔隙率仅为铣削基体的31%;多道搭接时,随着粗糙度的增大,沉积层截面纵向尺寸H的内部增长范围持续变大,而横向尺寸L范围保持稳定。喷砂基体表面沉积层的σ_b为540.93 MPa,而铣削基体上的σ_b为523.12 MPa。结论随着基体表面粗糙度的增加,沉积过程中陷光效应相应增强,单道单层沉积层的宏观形貌尺寸随之增大。对于薄壁沉积,基体粗糙度对薄壁高度的影响主要集中在前5层,粗糙度的增大使得沉积高度生长加快,内部孔隙率减小。多道搭接时,粗糙度越大,熔高熔深方向的尺寸变化越大,沉积层内部枝晶更加粗大,且不均匀。沉积层内部的抗拉强度随粗糙度的增大而提升。     

选区激光熔化成形NiTi合金工艺参数对表面粗糙度的影响规律

目的 针对选区激光熔化（SLM）制备NiTi形状记忆合金表面粗糙度难以满足实际应用要求,通过优化工艺参数（激光功率、扫描速度、扫描间距）以有效地降低表面粗糙度以及研究各工艺参数对表面粗糙度的影响规律。方法 采用L16正交阵列的田口模型设计选区激光熔化制备NiTi样品的工艺参数,通过对表面粗糙度信噪比值进行统计方法分析以及样品表面形貌的表征,研究不同工艺参数对表面粗糙度的影响程度以及影响机理,最终优化出制备低表面粗糙度的工艺参数组合。结果 在激光功率为20W和30W时,NiTi粉末不能够充分熔化造成熔道不连续,使得样品表面起伏增大,粗糙度值最大到7.8μm;增大激光功率到40 W和50 W时,粉末充分熔化,样品表面形貌明显改善;在相同功率下,扫描速度从200 mm/s增加到500 mm/s时,样品的粗糙度值也随之增大。结论 工艺参数对表面粗糙度影响的重要性顺序依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最终优化出的工艺参数组合为激光功率50 W、扫描速度200 mm/s、扫描间距0.07 mm,并在该工艺参数下制备的样品表面粗糙度值为1.38μm,与模型预测的值1.43μm接近,相差仅为9.97...     

铸造表面粗糙度数字图像三维评价方法研究

介绍了一种利用数字图像技术评价铸造表面粗糙度的方法,初步确立了一套用于评价铸造表面粗糙度的三维参数及其算法,给出了数字图像获取和参数求解方法,组建了相应的测试系统,初步试验结果表明,铸造表面粗糙度数字图像三维评价方法是可行的。