电渣重熔过程中熔滴滴落的影响因素

采用VOF方法来追踪钢渣两相界面,磁流体力学模块(MHD)来加载电流、电压对电渣重熔过程中熔滴滴落行为进行数值模拟.结果表明:电渣重熔过程中自耗电极端部熔滴的数目随着充填比的增加而增多;熔滴的尺寸随着自耗电极端部形状和界面张力的增加而增大.然而,熔滴的尺寸和数量随着输入电流的增大而减小.而且一些尺寸较大的熔滴在滴落的过程中受到了电磁力、重力以及浮力等力作用被分裂成几个尺寸较小的熔滴.从自耗电极端部滴落的熔滴不具有对称性,从而导致了渣池的流场不对称性.     

金属沉积成形流固耦合工艺参数

为了研究金属沉积成形中流固耦合过程工艺参数,建立了VOF理论模型,利用该模型对整个熔滴沉积流固耦合过程进行数值模拟.通过变换相关参数,分析了熔滴滴落及在基板壁面上的铺展状态,研究了不同熔滴直径、碰撞速度以及基板温度对变形过程的影响.结果表明:熔滴在滴落过程中,温度由外层向内部逐渐降低,凝固层加大,而熔滴内部中心处温度基本不变;撞击基板后,熔滴沿着半径向外扩散,水平半径逐渐增大,高度逐渐减小;不同的基板温度所对应熔滴的凝固时间不同,而基板温度越低,熔滴凝固越快;不同直径的液滴在撞击经过预热的基板后,因金属熔滴凝固,体积分数随沉积时间延长而减小,但对铺展时间有影响.     

喷射沉积Si-Al合金的数值模拟结果与分析

采用热辐射修正，模拟了喷射沉积Si-Al合金的凝固过程，研究了熔滴的速度、热交换作用系数、温度、熔滴冷却速度及固相分数与沉积距离的关系，讨论了辐射相修正前后熔滴的温度和固相分数的变化以及雾化压力和沉积距离对固相分数的影响．     

半固态轧制对沉积态7050铝合金显微组织的影响

在560～620℃下对喷射沉积态7050铝合金材料进行了半固态轧制实验,采用扫描电镜和能谱仪、X射线衍射仪考察了材料晶粒尺寸和第二相粒子的分布随重熔温度的变化规律,以及轧制过程中重熔温度和变形量对带材显微组织的影响,分析了半固态轧制的可行性.结果表明:喷射沉积态7050铝合金的晶粒长大激活能为70.5kJ/mol;当重熔温度由560℃增加到620℃时,材料的晶粒粗化速率由1.16μm3/s增加到76.06μm3/s,液相分数由3.7%增加到64.1%;第二相粒子的分布和数量对晶粒的粗化有抑制作用;喷射沉积态7050铝合金最佳的半固态轧制重熔温度为590℃;喷射沉积态材料在半固态轧制成形时,形变的主要作用是致密化材料、破碎晶粒、促使动态再结晶的发生.     

气压驱动金属熔滴按需喷射装置的设计与实现

为了在金属熔滴喷射沉积制造中得到均匀细小、精度可控的熔滴,设计了气压驱动金属熔滴按需喷射装置.该装置主要由熔滴产生器、温度控制器、脉冲压力控制器和低氧环境等几部分组成.利用所设计装置对锡铅合金(Sn,Pb的质量分数分别为60%和40%)进行喷射实验研究.结果表明,在氧的质量浓度低于14.2 mg/m3的环境中,协调控制供气压力、电磁阀打开时间、球阀开口角度和脉冲频率等参数,能按需喷射均匀的金属熔滴,且系统能够对每个压力脉冲做出响应,具有可控性,满足设计要求.     

高铝青铜粉体超音速等离子喷涂层感应重熔后的组织及性能

为了改善涂层的组织和性能,对超音速等离子喷涂技术制备的高铝青铜涂层进行高频感应重熔处理,研究重熔后涂层的微观组织结构特征和界面结合状态.感应重熔前涂层具有层流状组织特点,含有少量氧化渣、孔隙及未完全熔融颗粒,涂层与基体间以机械结合为主.感应重熔能消除未熔颗粒和夹杂,使组织致密、均匀,组织的层流特征弱化,孔隙率有所下降.基体元素和涂层元素相互扩散,在界面形成一条明显的白亮带,呈冶金结合状态,结合牢固,涂层的结合性能有所改善.重熔后扩散带和涂层表面的硬度较高,界面结合强度也由重熔前的25.110提升至83.358 MPa.     

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.     

双环缝喷射共沉积SiC颗粒的捕获与分布研究

采用坩埚移动式喷射共沉积装置及其双环缝复合雾化器制备了SiC颗粒增强铝基复合材料坯件,研究了过程中增强颗粒的捕获机制及特点.实验结果表明,双环缝复合雾化器所引入的SiC颗粒捕获率较高,分布均匀;增强颗粒主要在雾化初时阶段被雾化液滴所捕获,而沉积坯表面因基本呈固相且温度较低,对SiC颗粒的直接捕获效果不明显;沉积坯快冷凝固界面前沿捕获对SiC颗粒的分布影响不大,SiC颗粒在沉积坯中的最终分布主要取决于由雾化液滴对增强颗粒的捕获,特别决定于SiC颗粒在单个雾化颗粒内部及空间雾化颗粒群中的分布.     

激光熔覆Ni基涂层的稀释区与熔覆区界面形态及组织

在Ti6Al4V合金表面进行了激光重熔NiCrBSi/TiN，NiCrBSi/TiC喷涂层实验，利用扫描电镜和X射线衍射仪等手段对稀释区与熔覆区界面进行了观察。结果表明：NiCrBSi／TiC重熔层的稀释区与熔覆区界面平直，而NiCrBSi／TiN重熔层的稀释区与熔覆区的界面不复存在，是共晶组织和颗粒组织的混合区。分析认为，[C]、[N]活性原子在高温流动熔体内的不同行为，强烈地影响稀释区与熔覆区的界面性质。NiCrBSi／TiC、NiCrBSi／TiN激光重熔层中稀释区与熔覆区界面TiC和TiN相的形成，遵循化学反应的基本规律，即电负性原则。     

金属熔滴气动按需喷射特性试验研究

利用自行研制的气动式金属熔滴按需喷射系统进行了单颗熔滴的喷射特性试验研究,并采用动态压力采集系统和频闪拍摄系统测量了产生单颗熔滴时的坩埚腔内气压变化,记录了熔滴成形时刻和成形过程,揭示了气压对熔滴产生的影响规律:在每一次喷射中,产生熔滴的数目随着脉冲宽度的增加而增加;单颗熔滴的断裂时间受气压的影响;脉冲宽度在一定范围内改变可以使液体断裂形成单颗熔滴,当供给气压相对较低时,此脉冲宽度的取值范围较广;在喷射产生单颗熔滴的前提下,改变脉冲宽度将使腔内气压的峰值发生变化,但不能显著改变熔滴尺寸;熔滴飞行速度与腔内气压峰值成正比关系.