铝基非晶纳米晶复合涂层的喷涂工艺

为了研究喷涂参数对涂层性能的影响规律,采用高速电弧喷涂技术制备铝基非晶纳米晶复合涂层,利用正交试验法系统研究喷涂电流、喷涂电压、喷涂距离、喷枪移动速度和雾化空气压力对涂层性能的影响规律。优化后的工艺参数为喷涂电流160 A,喷涂电压36 V,喷涂距离200 mm,喷枪移动速度300 mm/s,雾化空气压力0.7 MPa,喷涂参数对涂层性能影响的主次顺序为：雾化空气压力、喷涂电压、喷枪移动速度、喷涂电流和喷涂距离。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）对工艺优化后的涂层进行分析,同时对涂层的显微硬度和孔隙率进行了测试。结果表明,采用优化参数制备的涂层组织结构致密,孔隙率为1.13%,硬度可达392 HV0.1,涂层具有明显的非晶纳米晶相,非晶含量约为24.2%。     

合成膜电阻片喷涂过程的雾化仿真（英文）

合成膜电阻片是合成膜电位计中的关键零部件,其电阻的线性度直接决定了电位计的精度。喷涂电阻液是合成膜电阻片制造过程中的关键工序,因为喷涂的均匀性对电阻片的电阻线性度有至关重要的影响。影响喷涂均匀性的因素主要有电阻液本身的均匀性、电阻液雾化的均匀性、喷枪与电阻片相对运动速度的均匀性以及喷涂室流场的分布特性等。对电阻液雾化进行了分析,利用有限元仿真,得到了雾化气体压力、电阻液流量以及喷涂距离对电阻液雾化均匀性的影响规律。对于口径0.5 mm的喷枪,当电阻液流量恒定,雾化压力从0.2 MPa增加到0.4 MPa时,雾化均匀区间从距离喷嘴260 mm处变到距离喷嘴150 mm处;当雾化压力恒定,电阻液流量从1.89×10~(-5)kg/s增加到4.89×10~(-5)kg/s时,雾化均匀区间从距离喷嘴130 mm处变大到距离喷嘴200 mm处。这些仿真结果将为电阻液喷涂工艺提供一定的参考。     

Ni-Cr-Al合金电弧喷涂工艺对涂层结合强度的影响

为使Ni-Cr-Al合金电弧喷涂涂层获得优良的性能,以涂层结合强度为判据,通过正交试验对Ni-Cr-Al合金电弧喷涂工艺进行了优化。利用扫描电镜、能谱仪等手段对涂层和断口形貌进行分析,同时对涂层的显微硬度进行了测试。结果表明,喷涂距离、雾化空气压力、喷涂电流、喷涂电压对Ni-Cr-Al合金涂层结合强度具有不同的影响,确定优化后的工艺参数为喷涂电流160 A,喷涂电压32 V,雾化空气压力0.5 MPa,喷涂距离160 mm。在优化工艺参数条件下,电弧喷涂Ni-Cr-Al合金涂层组织呈现出典型的层状结构,其最大结合强度可达34.30 MPa,具有较好致密性和硬度。     

合成膜电阻片喷涂过程的雾化仿真

合成膜电阻片是合成膜电位计中的关键零部件,其电阻的线性度直接决定了电位计的精度.喷涂电阻液是合成膜电阻片制造过程中的关键工序,因为喷涂的均匀性对电阻片的电阻线性度有至关重要的影响.影响喷涂均匀性的因素主要有电阻液本身的均匀性、电阻液雾化的均匀性、喷枪与电阻片相对运动速度的均匀性以及喷涂室流场的分布特性等.对电阻液雾化进行了分析,利用有限元仿真,得到了雾化气体压力、电阻液流量以及喷涂距离对电阻液雾化均匀性的影响规律.对于口径0.5 mm的喷枪,当电阻液流量恒定,雾化压力从0.2 MPa增加到0.4 MPa时,雾化均匀区间从距离喷嘴260 mm处变到距离喷嘴150 mm处;当雾化压力恒定,电阻液流量从1.89×10-5 kg/s增加到4.89×10-5 kg/s时,雾化均匀区间从距离喷嘴130 mm处变大到距离喷嘴200 mm处.这些仿真结果将为电阻液喷涂工艺提供一定的参考.     

医用钢316L表面制备TiC/Ni涂层的反应喷涂锻造工艺

为使粉末反应喷涂技术实用化,提出并研究了反应喷涂锻造工艺。将Ti、C粉按化学计量配制,并加入少量Ni,混合后压成棒材作为喷涂材料。以铝包镍为过渡层,采用陶瓷棒喷枪,进行氧乙炔火焰反应喷涂锻造工艺试验,在316L钢板表面制备了TiC/Ni金属陶瓷涂层。工艺参数为:基体预热温度300~400℃,乙炔压力0.12~0.13MPa,乙炔流量0.7~0.8m3/h,氧气压力0.4~0.5MPa,氧气流量1.3~1.4m3/h,空气压力0.4~0.8MPa,喷涂角度90°,喷涂距离100~150mm。涂层经锻造气孔减小,与基体结合紧密,耐磨性能提高。实测锻造涂层的弹性模量147.79GPa,基体弹性模量202.99GPa。锻造试样涂层在不同载荷下的维氏硬度为541HV0.1、542HV0.2、499HV0.5,能够满足作为植入件的硬度要求。     

电弧喷涂Ni-Cr-Al涂层工艺优化与性能研究

采用Ni-Cr-A1丝材和PARXAIR-9935电弧喷涂系统制备镍基涂层,通过正交试验和Axio Irnager.A lm金相图像分析系统对Ni-Cr-Al电弧喷涂工艺进行优化;利用扫描电镜、能谱仪等方法对涂层进行分析,同时对涂层的硬度、耐磨性能进行了测试.确定优化后的工艺参数为:喷涂电流140A,喷涂电压38V,雾化空气压力0.4 MPa,喷涂距离150mm.结果表明:喷涂电压、喷涂电流、雾化空气压力及喷涂距离对Ni-Cr-Al涂层孔隙率具有不同的影响,在优化的喷涂工艺参数下,Ni-Cr-Al涂层最小孔隙率可达5.20%,涂层的组织呈现出典型的层状结构特征,具有较好的硬度和耐磨损性能,可为今后电弧喷涂系统工艺参数的选定提供参考.     

火焰喷涂自润滑涂层结合强度研究

选用镍包石墨粉末,采用氧-乙炔焰喷涂技术制备镍包石墨自润滑涂层.通过正交试验优化设计方案,采用拉伸试验测定涂层的结合强度,找出了涂层结合强度较好时的最佳喷涂工艺参数:氧气压力0.5MPa、空气压力0.4MPa、乙炔气压力0.1 MPa、喷涂距离100mm.在该参数下火焰喷涂自润滑涂层结合强度为6.3MPa,符合自润滑涂层结合强度的要求.     

基于遗传神经网络的等离子喷涂纳米ZrO2-7%Y2O3涂层工艺参数优化

将BP神经网络和遗传算法相结合用于等离子喷涂纳米ZrO2-7％ Y2O3涂层的工艺参数优化,根据正交试验结果对模型结构进行训练,建立了喷涂距离、喷涂电流、主气压力、辅气压力与涂层结合强度和显微硬度之间的BP神经网络模型,并基于遗传算法对涂层结合强度和显微硬度进行了单目标和多目标参数优化.结果表明,模型预测值与试验值十分接近,说明该网络模型是正确和可靠的.遗传算法优化的涂层最大结合强度和显微硬度(HV)分别为44.0 MPa和12.663 GPa;当涂层结合强度和显微硬度两个性能参数权重相同时,在喷涂距离90.66 mm、喷涂电流934.63 A、主气压力0.304MPa和辅气压力0.898 MPa时涂层综合性能最优.     

电弧喷涂工艺参数对铝镁合金涂层结合强度的影响

采用ZK400型超音速电弧喷涂设备,在Q235基体卜制备铝镁合金涂层.用正交试验方案对喷涂电压、喷涂电流、喷涂距离和压缩空气压力等工艺参数对涂层结合强度的影响进行研究.结果表明,空气压力对涂层结合强度影响最大,其次为喷涂距离,喷涂电压及电流影响较小.本试验条件下,最佳工艺参数为喷涂电压32V、喷涂电流180A、喷涂距离160mm、卒气压力0.75MPa.     

响应面法优化空气喷嘴雾化流场的数值研究

为提高空气喷嘴的喷涂性能,采用计算流体力学对空气喷嘴与喷涂面之间的雾化流场进行数值模拟,并结合响应面法对喷嘴的结构参数与工况参数进行总体优化。首先搭建热线风速仪测速实验台验证数值计算模型的准确性,然后设计三因素的中心复合试验,建立以塑形气孔斜面倾角α、环形气孔压力p_1、塑形气孔压力p_2为设计变量,以喷涂面中心压力p_c为目标变量的响应面回归模型与数学优化模型,进而对喷嘴的结构参数与工况参数进行优化,求得喷嘴特征参数的最优组合。结果表明:利用响应面法对喷嘴特征参数进行优化设计可有效改善喷嘴的雾化流场,优化后的喷涂面中心压力降低了57.6%,有利于均匀喷涂;通过分析响应面图,可总结出各特征参数对喷涂性能的交互影响规律。     

高速火焰电弧复合喷涂枪制备3Cr13涂层的性能

高速火焰电弧(HVAF-ARC)复合喷涂枪是高速火焰喷涂枪和电弧喷涂枪的结合体,利用产生的高速燃气来雾化加速电弧喷涂过程中产生的熔融粒子,提高了喷涂粒子的飞行速度,降低了粒子的氧化,可高效制备优质的涂层。文中利用自主开发的新型高速火焰电弧复合喷涂枪和普通高速电弧喷涂枪,分别在钢基体上制备了3Cr13涂层,通过对涂层的性能检测发现,复合喷涂枪所制备涂层的氧元素含量和孔隙率都比普通高速电弧喷涂枪制备的涂层低,分别降低了33%和49%,硬度提高了12%,复合喷涂枪制备涂层的性能得到较大的提高。     

高速燃气喷涂枪用燃油雾化喷嘴结构参数优化

为开发出以航空煤油为燃料的新型高速燃气喷涂枪,需设计出高效的煤油雾化喷嘴.文中提出了一种双气流空气助力雾化喷嘴,并运用计算流体动力学（CFD）模拟技术计算了该喷嘴的气流场,分析了喷嘴主、辅气出口截面积比对雾化气流场分布的影响规律,发现主、辅气出口截面积比增大,气流的喷射锥角相应增大,最大速度减小.综合考虑喷射锥角和气流速度对雾化效果的影响,确定主、辅气出口截面积比在1.01~1.34范围内喷嘴雾化效果较好.利用高速摄像系统对优化喷嘴的喷雾形态进行了试验分析,发现拍摄到的喷雾形态和计算机模拟结果一致,具有良好的雾化效果.     

提高摩托车塑料制品涂着效率的方法

目的提高摩托车ABS部品涂着效率,达到节约成本、降低环境负荷的效果。方法从涂装设备、涂装方法、涂装作业者等因素出发,采用低压空气喷涂、分业涂装方式、手工静电喷涂、自动涂装设备导入、增加单位涂装面积等方法,逐一验证提高涂着效率的效果。结果经过近几年的改善,与传统手工空气喷涂相比,低压空气喷涂配合分业涂装可以提高ABS部品涂着效率5%~10%,静电喷枪配合空气喷枪可以提高10%~15%,自动涂装机可以提高20%~25%。根据部品形状的差异,ABS部品的综合平均涂着效率可以提高约10%。结论涂着效率受综合因素的影响,在作业者、喷涂设备、喷涂方法、挂装方式等方面进行改进,都可以提高涂着效率。但是由于摩托车ABS部品的尺寸普遍存在差异,若单纯采用某一种改善方式,涂着效率的提高幅度不大。从QDC综合因素考虑,针对面积大的部品,应采用手工静电喷枪配合低压空气喷涂的方式;针对面积小的部品,应采用增加挂装数量、提高喷涂面积配合低压空气喷枪等方式。     

Plasma Spray-PVD: A New Thermal Spray Process to Deposit Out of the Vapor Phase

Plasma spray-physical vapor deposition (PS-PVD) is a low pressure plasma spray technology recently developed by Sulzer Metco AG (Switzerland). Even though it is a thermal spray process, it can deposit coatings out of the vapor phase. The basis of PS-PVD is the low pressure plasma spraying (LPPS) technology that has been well established in industry for several years. In comparison to conventional vacuum plasma spraying (VPS) or low pressure plasma spraying (LPPS), the new proposed process uses a high energy plasma gun operated at a reduced work pressure of 0.1 kPa (1 mbar). Owing to the high energy plasma and further reduced work pressure, PS-PVD is able to deposit a coating not only by melting the feed stock material which builds up a layer from liquid splats but also by vaporizing the injected material. Therefore, the PS-PVD process fills the gap between the conventional physical vapor deposition (PVD) technologies and standard thermal spray processes. The possibility to vaporize feedstock material and to produce layers out of the vapor phase results in new and unique coating microstructures. The properties of such coatings are superior to those of thermal spray and electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD) coatings. In contrast to EB-PVD, PS-PVD incorporates the vaporized coating material into a supersonic plasma plume. Owing to the forced gas stream of the plasma jet, complex shaped parts such as multi-airfoil turbine vanes can be coated with columnar thermal barrier coatings using PS-PVD. Even shadowed areas and areas which are not in the line of sight of the coating source can be coated homogeneously. This article reports on the progress made by Sulzer Metco in developing a thermal spray process to produce coatings out of the vapor phase. Columnar thermal barrier coatings made of Yttria-stabilized Zircona (YSZ) are optimized to serve in a turbine engine. This process includes not only preferable coating properties such as strain tolerance and erosion resistance but also the simultaneous coverage of multiple air foils.     

V形面喷涂成膜数值模拟

目的 建立V形面喷涂成膜仿真模型,深入研究V形面喷涂成膜特性,为优化喷涂喷枪轨迹及获取理想涂膜提供理论支撑。方法 采用欧拉–欧拉方法建立包含喷雾流场模型和喷雾沉积模型的V形面喷涂成膜模型,结合动态自适应加密技术和SIMPLE算法,求解分析喷雾流场规律和涂膜厚度分布特性及形成机理,开展喷涂实验验证所建模型及成膜特性的正确性。结果 随着Z轴距离的增大,喷雾流场横向雾形由椭圆形变为长条状,纵向雾形在长轴方向上近壁面时与平面喷涂差别较大。相较平面喷涂,外壁喷涂喷雾覆盖范围广,内壁喷涂结果相反,且喷雾横向扩展程度与Z轴坐标值均呈线性关系。V形面内外壁喷涂涂膜均呈椭圆形,且膜厚均沿径向递减。外壁喷涂涂膜光环宽度最大,涂膜厚度值普遍低于平面喷涂;内壁喷涂涂膜光环宽度最窄,短轴方向涂膜厚度值普遍高于平面喷涂。随着V形面角度变大,涂膜中心厚度不断增加。涂膜厚度值在短轴方向均呈单峰分布,而在长轴方向上,外壁喷涂涂膜厚度均呈双峰分布,内壁喷涂涂膜厚度分布随角度变化有差异。结论 建立的喷涂成膜模型用于V形面喷涂成膜过程仿真是有效的,V形面较大地改变了喷涂过程中的喷雾流场特性和涂膜厚度分布特性。     

喷涂机器人路径组合优化中喷枪新模型

针对当前已有的喷炬二维和三维模型,由于在解决喷枪路径组合优化时涂层均匀性仍出现的不足,提出了一种考虑喷枪喷射高度的涂层生长速率新模型。该模型以路径组合优化中常见的交界线平行和不平行两种情况为研究对象,并基于面片交界处喷枪轨迹为PA-PA时涂层厚度均匀性较好的原则,分别采用修正喷枪速率法和变偏距变速率法来提高喷涂的均匀性,最后通过应用实例与仿真,证明了该模型的有效性。     

Mechanical and thermomechanical properties of metal spray invar for composite forming tooling

The subject of this paper is the assessment of the thermal and mechanical properties of Invar steel coatings, deposited using electric arc spraying, and the correlation of these properties to the spray parameters and processes used to offer coatings with characteristics appropriate to the requirements of tools used in the fabrication of precision polymer matrix composite work pieces. In particular, two processing methods, inert and air atomization, and three arc spray gun configurations (air cap design) were evaluated. The low coefficient of thermal expansion (CTE) properties of Invar are maintained in the spray-deposited coatings using both high velocity oxy-fuel (HVOF) and air-atomized arc spraying, although HVOF coatings have significantly lower CTE and greater durability than those deposited by arc spraying. The mechanical properties of the coatings are low compared to bulk Invar, regardless of the spray parameters and hardware used. Inert arc spraying affords more consistent coating characteristics but this comes with a compromised durability. The spray hardware was found to be more significant in determining the coating properties than the parameters employed.     

静电喷涂涂层厚度分布模型的研究进展

静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动,并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。在静电喷涂中,涂层厚度分布模型是喷涂机器人离线编程和轨迹规划作业中影响涂层厚度均匀性的关键因素,对提高喷涂质量和涂料转移率具有重要意义。因此,喷涂机器人轨迹规划的一个首要和基础的问题是如何建立准确的涂层厚度分布模型。重点综述了近年来静电喷涂涂层厚度分布模型的国内外研究进展,并在此基础上归纳了涂层厚度分布模型存在的问题,与此同时,归纳了常用涂层厚度仿真的方法—经验模型法和CFD仿真法。喷涂仿真包括静态喷涂仿真和动态喷涂仿真,静态仿真常用欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法,动态仿真常用动喷枪法和动壁面法,其中,动壁面法结合动网格为动态仿真主要方法。常见的动网格模型有三种:弹性光顺模型、铺层模型、局部重构模型。而在动态仿真中,动网格法常用有两种模型:一种是弹性光顺模型结合局部重构模型,另一种是铺层模型。最后对未来涂层厚度分布模型和涂层厚度仿真的研究进行了简要展望。     

Acquisition and Optimization of Three-Dimensional Spray Footprint Profiles for Coating Simulations

For the simulation of thermal spray coating build-up and the prediction of the coating-thickness distribution on given workpieces, an accurate representation of the mass flow emitted from the spray torch is essential. For two-dimensional (2D) simulations, this flow function often is acquired by measuring the coating thickness in cross-sectional profiles of linear spray beads, and for 3D simulations, usually some form of rotationally symmetric normal distribution function is fitted to measured profile data. However, when using free-formed complex workpieces or arbitrary and nonuniform spray paths, more realistic, nonsymmetric, and 3D flow functions are required. We present an approach to acquire accurate and fully 3D flow distribution functions by measuring 3D coating profiles which result from spraying onto a flat surface with a stationary gun, and improving them by means of a developed optimization method that takes more precise cross-sectional measurements into account. This approach thus combines the advantages of the higher accuracy of 2D measurements while fully preserving the 3D characteristics of the measured profile.