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.     

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．     

液相/粉末等离子射流形态特征可视化分析

用标准化相同二阶中心矩椭圆的长短轴比作为等离子射流形态的特征值,以反映射流温度、速度等相关工艺参数的变化,建立了等离子熔射成形过程在线可视化数据模型.实验中使用计算机视觉及图像处理技术研究了液相/粉末等离子熔射射流特征值与熔射能量相关工艺参数之间的关系.结果表明:随着熔射功率的增大,射流的特征值也增大,而液相熔射的特征值小于粉末熔射的特征值;随着Ar工作气体流量的增大,射流特征值并非增大而是减小.     

低气压等离子喷涂TiO_2涂层机械性能的研究

文本通过实验研究,证明了在低气压等离子喷涂条件下,TiO_2涂层的机械性能不是依赖于涂层结构,而主要由形成涂层前的TiO_2粒子的温度和速度所决定;如果形成涂层前的TiO_2粒子温度越高并且速度越大,就能形成更加扁平状粒子的涂层,增加粒子间结合力,使涂层机械性能提高。因此,喷涂规范中的等离子弧功率、喷涂距离和喷涂室压力对涂层机械性能有较大影响,而等离子弧辅助气氢气流量的影响甚小。     

不锈钢模具快速制造技术

为了解决低熔点材料电弧熔射成形模具使用性能差、寿命低等问题,提出电弧熔射成形制作不锈钢模具的方法.以不锈钢材料为研究对象,研究电弧熔射过程中输入参数对飞行熔滴温度和速度的影响,分析熔滴的扁平化过程,并对熔射层的硬度和孔隙率进行测试.实验结果分析表明,雾化气体压力直接影响熔滴的雾化状态,熔滴飞行温度、速度,以及成形质量.随着空气压力的增大,熔滴飞行速度提高,熔射层致密且氧化物质量分数减少,气孔率降低,显微硬度也大大提高.熔射模的预热温度直接影响着熔滴的扁平化状态,从而影响熔射成形质量.     

送粉气流对冷喷涂流场及粒子速度影响的数值模拟

通过建立二维数值模型,利用计算流体力学软件进行数值模拟,研究了送粉气流压力和温度对冷喷涂过程中流场及粒子速度的影响.结果表明:喷涂中不可忽略送粉气流对流场及粒子速度的影响;为将粉末注入喷管,送粉气流的出口压力不能小于出口处的主气流压力,但增大送粉气流压力会使得进入喷管渐缩段的送粉冷气体流量增大,从而排挤高温主气流,同时也降低喷管气体流动的滞止焓,导致喷管喉部声速减小,不利于粒子加速;增加主气流温度对粒子加速效果不明显,而增加送粉气流温度可有效提高粒子撞击基板的速度,进而提高粉末粒子的沉积效率.     

等离子熔射成形模拟系统设计与研究

设计并开发了一种等离子熔射成形过程的数值模拟系统.系统描述了从射流至基体的整个熔射成形过程以及各对象的状态和行为,并生成熔射成形过程的三维动画.在分析中同时考虑射流、熔射粒子、皮膜的影响因子对熔射结果的影响,找出部分主要工艺参数对熔射的影响规律.由等离子熔射铁片模拟所得到的计算结果与实验观测现象基本符合,表明了此系统用于系统地模拟和分析等离子熔射成形过程是可行的.     

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。     

机器人等离子熔射路径参数对涂层温度分布影响

结合红外测温仪与机器人熔射路径对基体/涂层温度分布进行连续在线检测,提取周期温度均值和标准差对检测结果进行表征.据此实验研究了机器人Z字形路径参数,包括熔射距离、扫描间距与速度对涂层温度分布的影响.结果表明:扫描速度对周期温度均值变化没有影响,扫描速度的选择应优先考虑周期温度波动;涂层周期温度标准差随扫描间距的增加而减小,但是周期温度均值变化取决于射流/粒子流对基体/涂层的作用时间;周期温度均值和标准差均随熔射距离的减小而增大.     

两阶段悬浮液超音速火焰喷涂多相流模拟研究

为研究两阶段悬浮液超音速火焰喷涂过程中的流场分布以及液滴/颗粒行为，采用三维Euler-Lagrange耦合建模方法，模拟悬浮液在流场中破碎雾化、运动换热、蒸发扩散并最终被基板捕捉的过程。悬浮液物性由基于实验的拟合函数编译，并考虑了液滴形状变化的影响。结果表明：通过调节氮气质量流量，可以在不影响焰流速度的前提下，调节焰流温度，以满足不同温敏材料涂层制备的工艺要求。通过调节悬浮液的体积流量，可以使悬浮液到达焰流中心被充分加热加速。适当减小悬浮液的体积流量有助于提高颗粒被基板捕捉时的温度与速度，适当提高或降低悬浮液的颗粒浓度可以在不影响颗粒被基板捕捉时速度的前提下，提高单位时间内的颗粒输出量或降低颗粒粒径，可以根据不同的工艺要求进行相应的调整。     

等离子喷涂铁基非晶/晶体复合涂层的工艺–结构–性能关系

本研究试图通过优化等离子喷涂参数来开发一种Fe基非晶/晶体涂层,该涂层主要成分来自一种贫乏的铁基合金（Fe_92.6C_3.5P_1.4Si₂Mn_0.5）。这种合金是钢铁厂高炉产出的生铁剩余废料。为了经济有效地重新利用这种残留物,这种合金在合成时对成分进行了最少的修改。同时,本研究还探讨了涂层的结构、机械、腐蚀和磨损性能对喷涂参数（等离子功率、主气体流速、送粉速度和间隔距离）的依赖性。X射线衍射表明,在最优的喷涂参数下沉积的涂层存在无定形/晶体相。在较低等离子功率和最高气体流速下沉积的涂层表现出更好的密度、硬度和耐磨性。所有涂层都表现出良好的耐腐蚀性（腐蚀环境:3.5wt% NaCl 溶液）。机械、磨损和摩擦学研究表明,单一的工艺参数优化无法提供良好的涂层性能;相反,所有工艺参数在优化涂层性能都具有独一无二的作用,它们主要通过控制飞行中的颗粒温度和速度分布,以及熔滴撞击基材之前的冷却模式来控制涂层性能。     

液体金属和合金的盐雾化

介绍了作者发明的一种新型的流体金属和合金的雾化制粉方法,即采用含有固体盐（NaCl）颗粒的高速气流对液体金属或合金进行雾化得到粉末的方法（简称为固体雾化法）。通过对几种金属和合金粉末制备工艺的研究得到如下结论;在同等气体压力和流量条件下,采用含有固体盐颗粒的高速气流雾化金属熔体制得的粉末比不含固体盐颗粒的高速气流雾化制得的粉末的粒度细得多,而且粉末粒度分布较窄,粉末冷却速度较大,采用固体盐雾化法制务金属粉末时,盐的流率愈大、流速愈快、粒度愈细,则雾化制得的粉末粒愈细。     

风沙流中基于宏观颗粒模型的沙粒浓度分布

风沙侵蚀是造成土地沙化和干旱区地貌的主要原因,其中沙粒的浓度分布是研究输沙量、颗粒碰撞、风沙流结构等特征的主要影响因素,也是了解颗粒碰撞过程和风沙两相流耦合过程的重要研究内容。为了考虑沙粒与气流的力平衡、阻力和扭矩的变化、碰撞及摩擦等影响,运用了一种新的宏观颗粒模型(macroscopic particle model, MPM)研究沙粒在气流中的运动。与前人研究结果进行比较后发现,宏观颗粒模型在不需要任何附加模型的前提下,能实现风沙两相耦合的准直接数值模拟,根据沙粒运动速度云图所示的风沙流运动状态的不同,沙粒浓度的垂向分布会出现结论不一致的现象。颗粒流系统的内在非线性是造成风沙流运动状态不均匀、不一致的主要因素。数值模拟结果表明,利用MPM模型中的离散颗粒追踪、颗粒速度和位置等信息能够研究多相流条件下的风沙运动机理。