团簇在金属表面沉积过程的分子动力学模拟

在冷喷涂过程中,喷涂粒子被超音速气流加速到较高的速度,在低于喷涂材料熔点的温度下撞击基体,发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层.但是由于高速粒子碰撞变形的瞬时特点,不能对粒子变形沉积过程进行直接观察,通过对Ni团簇在Cu基体上的沉积过程的分子动力学模拟,可以观察到团簇撞击基体并在基体上沉积的过程,以及团簇和基体的形貌变化;另外,通过计算团簇原子进入基体表面层的数量探讨了影响团簇沉积过程的主要因素.     

多颗粒沉积模型预测铜和铝冷喷涂层微观形貌

采用有限元软件ANSYS/LS--DYNA建立了15个颗粒与基板的冷喷涂沉积模型,通过多颗粒沉积模型预测工艺条件、不同颗粒/基板组合的沉积行为和微观形貌;制备了Al和Cu冷喷涂涂层,观察了涂层截面形貌和颗粒变形特征,并与模拟结果进行对比.结果表明,多颗粒沉积模型可预测喷涂条件对颗粒沉积过程及涂层微观特征的影响,以及不同颗粒/基板组合的界面微观形貌.当碰撞速度低时,颗粒变形不充分,颗粒交界处易形成孔洞;随着速度增加,颗粒流变填充孔洞,涂层致密.与颗粒相比,硬基板涂层/基板界面平滑,机械互锁作用小;软基板形成射流状金属挤入颗粒之间,增加结合作用.     

等离子喷涂薄壁工件涂层中温度场解析

沉积层中的热梯度及涂层与基体材料热膨胀系数的差异是引起等离子喷涂残余应力的主要原因.考虑到喷涂子层增厚,建立起基于喷涂颗粒沉积过程温度场的解析模型.在分析中同时考虑了热传导、热辐射对涂层的影响,计算了在不同的基体-涂层体系下涂层的温度场.结果表明,涂层沉积过程中升温过程分为两个阶段:初级阶段,即体系温度不超过相应喷涂材料熔点的15%;完成阶段,即涂层与基体达到热平衡后继续升温到最高温度,并在界面处结合最终形成残余应力.     

内送粉超音速等离子喷涂颗粒飞行状态分析

针对超音速等离子喷涂过程中飞行颗粒与气流相互作用过程难以从实验获得的问题,采用数值计算方法,对以内送粉形式加入的原料颗粒的飞行状态进行跟踪分析,并利用SprayWatch-2i仪对飞行颗粒进行在线监测。计算得到了粒子的动力学和热力学行为以及撞击基体前的速度和温度分布,发现颗粒在喷涂距离为80~100mm的速度和温度最大,这与实验收集到的此范围内单个颗粒的形态相符,可选择此范围为最佳喷涂距离。通过分析韦伯数以及小直径颗粒的速度分布得出,在内送粉超音速等离子喷涂过程中,颗粒在喷枪内部和近出口位置会发生破碎细化和雾化,这与实验观测的结果一致。该计算及分析结果可为颗粒在射流中的传热传质研究提供参考,为获得高质量涂层提供理论依据。     

粉末的物理性能对热喷涂涂层的影响

在SUS316L不锈钢基体上,采用HVOF和DGS两种不同的工艺方法,分别喷涂WC-12Co和FeAl涂层,观察WC-12Co和FeAl粉末的颗粒形貌、粒度组成以及DTA,研究它们对热喷涂涂层质量的影响.通过表面粗糙度、显微硬度、形貌相以及X射线衍射谱等分析表明,球化程度高,颗粒大小均匀的粉末可使涂层的组织均匀,致密性好,结合强度高.采用HVOF方法喷涂WC-12Co涂层的质量最好,而采用DGS工艺喷涂FeAl涂层的工艺参数还有待于进一步优化.     

碳钢WC-10Co-4Cr复合涂层的组织及性能研究

采用AC-HVAF热喷涂设备,在碳钢表面喷涂WC-10Co-4Cr复合涂层。用电子显微镜、X射线能谱分析仪、金相显微镜和磨损实验研究了涂层的均匀性、硬度、显微组织、化学成分、结合区形貌和相对耐磨性。结果表明:涂层厚度均匀、组织致密、硬度可达1200HV200;涂层与碳钢结合良好,没有孔洞,界面相容性良好;涂层试样的耐磨性比 45钢的耐磨性优良。     

超音速火焰喷涂制备双峰WC-12Co涂层组织性能研究

采用JP-8000型超音速火焰(HVOF)喷涂设备,在低碳钢基体上制备了双峰WC-12Co涂层,测试了涂层的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能.并利用XRD对喷涂粉末及涂层进行了相结构分析,用扫描电子显微镜对喷涂粉末、磨粒磨损后的涂层表面形貌进行了观察.结果表明:在喷涂过程中,仅有很少量的WC粒子发生氧化脱碳...     

低压等离子喷涂NiCOCrAlYTa涂层的组织结构及抗氧化性能

采用低压等离子喷涂在Co基高温合金K640基体上制备NiCoCrAlYTa涂层,通过XRD,SEM和EDS等方法研究低压等离子喷涂涂层和真空退火后涂层的形貌、相结构及抗氧化性能.研究结果表明:低压等离子喷涂涂层主要由γ-Ni,γ'-AlNi3和极少量的β-NiAl等相组成,元素分布均匀,涂层为典型的片层状结构,沉积界面处存在少量孔洞:真空退火处理过程促进了β-NiAl相的析出,衍射峰尖锐,元素分布不均匀,Al和Y向涂层表面扩散,Cr富集于涂层与基体的界面处;真空热处理涂层表面在氧化初期形成较多孔洞,导致涂层抗氧化能力降低.     

热喷涂技术及其在机械维修中的应用

介绍了热喷涂技术的相关概念、工艺过程、喷涂方法、技术特点、涂层与基体的结合以及在机械修复中的典型应用.实践结果表明：涂层成分、喷涂方法、喷涂参数等对涂层性能有直接影响,在机械零件与机械设备的维修方面应用广泛.     

反应等离子喷涂制备原位TiC颗粒增强Fe基金属陶瓷涂层

以钛铁粉、铁粉和蔗糖(碳的前驱体)为原料,采用前驱体热分解复合技术制备了Fe-Ti-C系反应热喷涂粉末,并通过普通等离子喷涂技术原位合成并沉积了TiC/Fe金属陶瓷复合涂层.利用XRD、SEM和EDS研究了喷涂粉末和复合涂层的相组成和显微结构.结果表明:前驱体热分解复合技术制备的Fe-Ti-C反应喷涂粉末粒径均匀,原料粉末颗粒间的结合强度高;所制备的TiC/Fe复合涂层主要由不同含量TiC颗粒分布于金属Fe基体内部而形成的复合片层叠加而成;TiC颗粒大致呈球形,粒径呈纳米级;TiC理论质量分数53%的TiC/Fe金属陶瓷涂层的耐磨粒磨损性能较好,SRV磨损实验中涂层的磨损面积为基体(45钢)的1/25左右.     

精细饰纹件等离子熔射快速制造技术研究

提出了精细饰纹件等离子熔射快速制造技术．在大量实验基础上，着重研究精细饰纹熔射成形及后处理过程中的关键技术问题，详细分析和评价了基模特性、射流特性、粉末特性、熔射枪结构、熔射工艺参数等重要因素对熔射成形件质量的影响，给出了射流图像采集方法、粉末飞行速度和温度的数值模拟模型及测量技术方案，最后进行了典型精细饰纹件的熔射成形实验．研究结果表明：等离子熔射成形技术可以快速制造精细饰纹件，实现成形与加工一体化，且工艺简单、成本低，是极具发展潜力的制造方法．     

微束等离子喷涂工艺条件对Cu涂层组织和性能的影响

采用微束等离子喷涂系统在2.8-4.2kW的小功率条件下制备了Cu涂层，研究了电弧功率，工作气体流量和喷涂距离对粒子速度与涂层显微组织结构和硬度的影响。试验结果表明，电弧功率与喷涂距离对粒子速度的影响不明显，但工作气体流量对粒子速度的影响较大，电弧功率与喷涂距离对涂层的硬度影响较大，而工作气体流量对涂层的硬度影响较小。分析表明，粒子的温度对涂层硬度有较大的影响，采用微束等离子喷涂制备的Cu涂层硬度与用传统等离子喷涂设备在30kW下制备的涂层硬度相当。     

熔射形成的陶瓷件制造技术

从等离子熔射快速制造陶瓷件工艺过程入手,研究等离子射流温度场分布、送粉方式、粉末飞行过程中射流与粉末能量和动量传递、粉末的温度特性和速度特性对成形质量的影响;分析沉积过程中所收集粉末的熔融状态、粒子扁平化形态对熔射层微观结构的影响,研究表明,通过优化工艺参数,改善射流温度场分布、粉末飞行特性,可有效地提高成形质量。     

等离子熔射ZrO2粒子飞行状态

在熔射过程中．粉末粒子的温度、速度、空间分布等是影响沉积效率和熔射质量的直接因素．文中以等离子熔射ZrO2粉末为例．利用CCD技术和双比色原理．对粒子飞行特性进行在线检测．采用正交实验方式，研究氩气流量、氢气流量和工作电流对粉末粒子的温度、速度的影响规律．结果表明，氩气和氢气的流量分别是影响粒子速度、粒子温度的主要因素，而电流变化对粒子温度、速度也有一定影响．     

等离子熔射过程中热传递特性研究

采用红外测温仪检测单位时间内基体温度变化来衡量射流与粒子流(含粉末粒子的射流)的加热效应,实验研究了等离子弧电流、电压、熔射距离以及送粉速率变化对加热效应的影响规律,进而对比分析射流和粒子流与基体/已熔射涂层之间的热传递特性.实验结果表明:等离子熔射过程中的加热效应主要取决于射流引起的对流传热;粒子流的加热效应特点与射流不同,而粉末粒子仅对其沉积区域的温升有贡献;随着熔射距离的增加,射流的加热效应急速下降;等离子弧电流和电压的增大相应地提升了喷枪功率,加大了射流与基体间的对流传热.     

Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions

When a drop of liquid dries on a solid surface, its suspended particulate matter is deposited in ring-like fashion. This phenomenon, known as the coffee-ring effect, is familiar to anyone who has observed a drop of coffee dry. During the drying process, drop edges become pinned to the substrate, and capillary flow outward from the centre of the drop brings suspended particles to the edge as evaporation proceeds. After evaporation, suspended particles are left highly concentrated along the original drop edge. The coffee-ring effect is manifested in systems with diverse constituents, ranging from large colloids to nanoparticles and individual molecules. In fact--despite the many practical applications for uniform coatings in printing, biology and complex assembly-the ubiquitous nature of the effect has made it difficult to avoid. Here we show experimentally that the shape of the suspended particles is important and can be used to eliminate the coffee-ring effect: ellipsoidal particles are deposited uniformly during evaporation. The anisotropic shape of the particles significantly deforms interfaces, producing strong interparticle capillary interactions. Thus, after the ellipsoids are carried to the air-water interface by the same outward flow that causes the coffee-ring effect for spheres, strong long-ranged interparticle attractions between ellipsoids lead to the formation of loosely packed or arrested structures on the air-water interface. These structures prevent the suspended particles from reaching the drop edge and ensure uniform deposition. Interestingly, under appropriate conditions, suspensions of spheres mixed with a small number of ellipsoids also produce uniform deposition. Thus, particle shape provides a convenient parameter to control the deposition of particles, without modification of particle or solvent chemistry.     

直喷式柴油机气缸内喷雾特性的研究

本文介绍直喷式柴油机燃油喷射和气缸内喷雾特性的统一计算模型。模型中考虑了喷油过程、气缸内气流运动和燃烧室结构等对燃油喷雾贯穿及分布的影响。高压油管内燃油运动用特征线法求解,喷雾过程用稳态射流理论计算,本文还对采用高速摄影技术研究柴油机气缸内喷雾贯穿作了讨论。     

喷射条件对气溶胶烟幕释放效果的影响

为了研究气溶胶颗粒在高速气流中的形成状态及遮蔽效果,构造基于高速射流的喷射型红外遮蔽冷烟幕,对该流场进行数值求解,研究不同喷射条件对气溶胶烟幕遮蔽区的影响效果,气溶胶烟幕颗粒扩散利用离散相模型模拟,对两相流流场进行非稳态计算,通过Lambert-Beer定律求解气溶胶烟幕的透射率分布,计算得到烟幕低透射区的变化规律,并分析了射流喷射压力和气溶胶粒子喷射流量的影响.结果表明:低透射区呈类锥形,当粒子喷射流量较小时,下游局部扩散的低透射率区呈团状,不能对红外辐射形成有效遮蔽,增加粒子喷射流量时,低透射率区连续分布,气溶胶烟幕遮蔽效果提升.射流喷射压力的提高可以增加低透射区范围,压比过高时射流出现膨胀波系,膨胀波段射流核心区局部透射率升高,遮蔽效果下降.研究结果对射流喷嘴的合理设计及喷射压力,流量的合理选取具有一定的参考意义.     

超声速等离子喷涂氧化锆粒子时的加热熔化特性分析

应用格林函数法求解超声速等离子喷涂(SAPS)过程中氧化钇稳定二氧化锆(YSZ)粒子的加热熔化时间问题,得到了一个解析解;对SAPS过程中粒子熔化时间和熔化界面推移情况进行了数值模拟,所得结果与实验结果相符.熔化过程的模拟结果显示:粒子的初始温度对熔化速率有一定的影响,喷涂前预热粒子可以加快它的熔化;减小粒子半径可以缩短粒子的熔化时间,提高粒子的扁平化程度.在SAPS过程中,通过过筛控制粒子半径有助于获得结构精细、致密的典型细密柱晶组织.