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超音速喷涂喷雾流与动力学

更新时间  2018-06-07 09:13:18 阅读

WC-Cor 超音速喷涂涂层的广义二阶工艺图.在温度-速度图中加入不同的涂层性能.该工艺图可作为优化涂层工艺条件的设计工具,以达到所需的涂层性能或涂层性能组合。

采用工艺图法对Ni-20%Cr涂层进行了超音速喷涂利用实验设计的方法,编制了一阶工艺图。根据该图谱,选择不同的工艺条件制备低进料率的涂料,并对其进行分析。原地涂层性能传感器(ReliaCoat技术ICP)。实验结果表明,进料速度的提高降低了颗粒的温度和速度。在相同的工艺优化试验中,发现气流进给量增加,颗粒温度降低,但速度较高。随着喷涂距离的增加,颗粒温度升高,速度降低。为了提高热导率,需要高动能和高热能的颗粒,以沉积致密的涂层与改善的界面结合(冶金,密切的机械接触),但氧化物含量必须保持相对较低。高热动能也提高了电阻率.涂层具有较高的颗粒速度和充分的熔化状态。

以钇稳定锆(YSZ)等离子喷涂涂层的等离子喷涂工艺优化为例,表明在改变工艺参数(如气流、电流等)的情况下,利用一阶工艺图将粒子状态控制在较小的工艺窗口(±10°C平均温度和±2m/s平均速度)内是可行的。然而,在不同喷雾剂的温度分布图中观察到不同的熔化状态,以及不同涂层之间的沉积效率和模量的差异。这些结果表明,温度和速度的测量不能完全描述粒子的熔化状态。

一.喷雾流中颗粒的热能与动力学

为了更好地了解颗粒在喷雾流中的熔化行为,除了使用温度外,还开发了另一个因素。特别是在陶瓷材料中,由于颗粒内部温度梯度大,颗粒表面温度不能直接反映颗粒的熔化状态。颗粒表面甚至可能在核心融化之前蒸发。在金属材料的情况下,粒子的氧化发生在喷雾流中。这种现象对测量的温度值和发射率值都有影响。熔融指数(MI)还考虑了粒子在火焰和粒度影响下停留的时间。它可以表示为:MI=TΔtflyD如超音速喷涂过程优化的研究报告

1.其中T=实测粒子表面温度[K],D=颗粒大小[m],Δt飞粒子飞行时间假定粒子的加速度恒定。在MI公式中,Δt飞=2L/v,其中L=喷雾距离[m],v=粒子速度[m/s]。MI可以定义为火焰中粒子停留时间与粒子熔化所需时间的比率:mi=Δt飞/Δt熔化此外,更详细地描述了熔解指数,该指数将热阻和能量平衡分析附加在公式中。9]:

MI=ΔtflyΔtmelt=24kρhfg⋅11+4/Bi⋅(Tf−Tm)⋅ΔtflyD2

超音速喷涂研究数据

2.其中k是导热系数[W/MK],ρ是液体状态下材料的密度[kg/m],hFg是核聚变的焓[J/kg],以及Tf是飞行粒子附近的火焰温度[K],Tm是物质[K]的熔点,D是粒子大小[m],Bi是Biot数,通过这种方法,MI是无量纲的,它允许在一系列材料之间进行熔化状态的交叉比较。从方程2当火焰温度高于材料的熔点时,可以得到一个与完全熔融颗粒相对应的正MI值。否则,材料将是不熔化(MI<0)或部分熔融(0≤MI<1)。由于飞行粒子附近的火焰温度很难实时监测,简化粒子表面温度T是常用的方法。Tf。金属粒子在喷涂过程中氧化,诊断传感器对测量温度有影响。氧化反应是放热反应,提高了颗粒在飞行过程中的温度.用氧化指数(OI)描述金属粒子的氧化程度[9].

与温度一样,速度值本身并不能提供足够的信息,说明粒子撞击基片材料,从而形成沉积过程。因此,无论是动能(Ke)还是雷诺数(Re)都可以用来描述粒子的动力学行为。动能与粒子质量(M)和速度(V)有关:KE=1/2mν2

3.雷诺数可以用颗粒大小、材料密度和粘度等因素来描述,Re=Dνρμ。

4.其中D=颗粒直径[m],ρ=液体中物质的密度[kg/m]。3和μ=动态粘度[kg/ms]。动能和Re都是描述影响、铺展和平展程度的重要因素,也是描述板底物和板接触性质的重要因素。熔化状态、动能和局部沉积温度可能是影响涂层组织和性能的最重要因素。

影响超音速喷涂工艺的沉积动力学(润湿、铺展、平缓、凝固、联锁/键合动力学)及沉积特性的其他因素除颗粒态关联外,还有:基片温度和粗糙度、沉积条件(沉积速率、喷涂角)和沉积速率影响粒子行为和温度的另一个因素是氧化物生成的放热反应(例如,Cr)。2O3),在飞行过程中产生额外热量。


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