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.     

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.     

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.     

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．     

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。     

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．     

等离子熔射快速制模中皮膜形成过程的模拟

等离子熔射性速制模法可以由快速原型或天然素材原型快速复制硬质合金模具，而控制等离子熔射成形工艺，保证熔射皮膜的质量是该技术的关键，建立了包括等离子发生过程，粒子在射流中飞行及加热，熔射层的生长及孔隙形成三阶段的熔射皮膜生长过程的数学模型，进行了数值模拟计算，并通过实验验证了有关数学模型与模拟计算方法的正确性，熔射皮膜形成过程模拟软件的开发将为等离子熔射快速制模工艺的合理设计提供科学工具。     

一种新型非转移型等离子弧发生器

为了提高非转移型等离子弧发生器的功率和耐用度,提出了一种具有辐散式喷嘴等离子弧发生器.用这种喷嘴结构,对非转移型等离子弧进行了实验研究.与圆拄形阳极喷嘴相比较,等离子弧电压降低了3.2~9.1 V ,而稳定工作的弧电流可增大到200A     

等离子射流特性的实验研究

等离子弧具有温度高、能量集中、气氛可控和冲击力大等特点,在机械行业中得到越来越广泛的应用。以提高等离子弧加工质量为目的,利用纹影法对等离子射流的流场进行了实验研究,分析了等离子工作电流、气体流量对等离子射流的影响,从而对提高等离子弧喷涂质量具有一定的指导作用。     

等离子弧焊接熔池温度场的三维数值模拟

建立了运动等离子弧作用下焊接温度场的三维瞬态数值分析模型，以分析等离子弧焊熔池温度分布情况以及焊接电流、焊接速度等焊接工艺参数对其影响情况．综合考虑了液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面的散热以及熔化／凝固相变潜热等对熔池温度场的影响．采用三维锥体热源对小孔型等离子弧焊接过程进行了流体动力学和传热分析，利用ANSYS有限元软件求解所建立的模型，得到了等离子弧焊接过程中温度场的变化情况．模拟结果表明，随焊接电流的增大和焊接速度的减小，熔池体积增加，熔宽和热影响区都增大．试验结果验证了所建立模型的正确性和数值求解方法的可靠性．     

送粉速率对射频等离子体球化粉末性能的影响

采用射频等离子体球化技术对多次激光3D打印废弃的GH4169合金粉末颗粒进行二次改造,研究了送粉速率对粉末球化效果的影响规律,分析了粉末球化前后显微组织及性能的差异.研究结果表明:送粉速率越小,单位质量粉末吸收过多的热量而导致其气化,颗粒表面“吸附小颗粒粉末”较多,球形粉末收得率很小;送粉速率越高,单位质量粉末吸收的热量不足以熔化所有粉末颗粒,出现部分的卫星球、包覆粉等缺陷,粉末球化率降低.球化处理后的粉末颗粒显微组织主要包括胞状晶、柱状晶和微晶.在适宜的等离子体球化工艺参数下,获得的粉末颗粒球形度极佳,流动性和松装比得到显著改善,粉末平均粒径增大,粒径分布更趋均匀.     

等离子熔射射流中粉末飞行过程的数值模拟

在正六边形7-bit格子Boltzmann(LB)方法等离子射流的温度场和速度场的计算模型基础上,采用单个颗粒加速方程,建立了一个随机算法,实现了对粉末颗粒在射流场中运动过程的模拟;计算结果通过动画演示了,粉末飞行过程,结果表明在射流场一定的情况下,减小送粉口径或增加粉末颗粒直径可以提高粉末利用率。但后者会降低粉末飞行速度;选择合适的喷涂距离可以获得更高的粉末飞行速度．     

射频等离子体制备球形Ti—6Al—4V粉末性能表征

以不规则形状的Ti—6Al—4V(TC4)粉末为原料,通过射频等离子体球化处理制备了球形TC4粉末,并研究了球化处理对粉末特性及加料速率对粉末球化率的影响.利用扫描电子显微镜、激光粒度分析和霍尔流速计分别对其粉末微观结构、粒度分布和粉体性能进行了测试和分析.结果表明:TC4粉末经等离子球化处理后得到表面光滑、球形度好及球化率可达到100%的球形粉末;球化处理后,粉末的松装密度、振实密度和粉末流动性得到明显改善,粒度略微增大;随着加料速率的增加,TC4粉的球化率逐渐降低.     

等离子体射流中陶瓷颗粒的运动与加热

以格子Boltzmann等离子体射流模型和颗粒运动随机算法为基础,采用气态非平衡热传导方程计算颗粒表面和内部温度变化,对等离子体射流中陶瓷颗粒的热运动进行了数值模拟．模拟结果表明,陶瓷颗粒在等离子体射流中加热时颗粒内部可能出现相当大的温差,此温差取决于所经过的等离子体温度,陶瓷颗粒表面温度可以高于也可以低于中心温度。离喷枪出口越近,沿射流横截面颗粒群平均速度和平均温度波动越大,波动较小的高速区滞后于波动较小的高温区,     

Effect of sintering on the relative density of Cr-coated diamond/Cu composites prepared by spark plasma sintering

Cr-coated diamond/Cu composites were prepared by spark plasma sintering. The effects of sintering pressure, sintering temperature, sintering duration, and Cu powder particle size on the relative density and thermal conductivity of the composites were investigated in this paper. The influence of these parameters on the properties and microstructures of the composites was also discussed. The results show that the relative density of Cr-coated diamond/Cu reaches ~100% when the composite is gradually compressed to 30 MPa during the heating process. The densification temperature increases from 880 to 915℃ when the diamond content is increased from 45vol% to 60vol%. The densification temperature does not increase further when the content reaches 65vol%. Cu powder particles in larger size are beneficial for increasing the relative density of the composite.     

用于大气环境中的氮等离子体枪放电特性及束流强度

为将等离子体用于材料表面局部处理的研究,对自行设计的一种用于大气环境中的辉光放电氮等离子体枪的放电特性和束流强度进行了实验测量和理论分析,得出了放电伏安特性曲线和气流量对枪炬工作电压电流的影响,分析了其原因,并给出了拟合解析方程式,发现工作电压和工作电流分别与气流量成e 指数增长和e 指数衰减关系;同时得出了该等离子体枪束流先膨胀后收缩特征分布,在束流喷出5mm处达到最大作用面积,找到了得到最佳强度气流量值0 2m3/h,给出了有关的机理分析,进而得出制备样品的最佳条件·     

汽-液-固多管循环流化床蒸发器中固体颗粒的分布

为研究三相循环流化床蒸发器加热管束内固体颗粒的分布规律,设计并构建了汽-液-固透明多管循环流化床蒸发系统.利用CCD图像采集和数据处理系统,研究了液体循环流量、热通量、颗粒加入量及颗种类等参数对于加热管束中固体颗粒分布的影响.结果表明：随着液体循环流量、热通量和颗粒加入量的增加,颗粒分布的不均匀度降低;而随着颗粒沉降速度的增加,颗粒分布的不均匀度增大.研究结果为进一步解决固体颗粒在加热管束中良好分布的问题奠定了基础.     

脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流的影响

在固定脉冲频率及占空比的情况下,研究脉冲电压对大气压脉冲放电等离子体射流长度的影响。分析脉冲放电的电流电压波形、等离子体射流的光发射强度的时空演化过程以及等离子体子弹速度的变化。结果表明:等离子体子弹随脉冲电压的增大由单子弹变为双子弹再变为单子弹;射流长度相应地先增长然后趋于稳定,射流长度由增长转变为稳定的转变电压正好处于形成双子弹的脉冲电压附近。