Three-Dimensional Simulation of Plasma Jet and Particle Groups in Plasma Spraying

The temperature field,velocity field,as well as species distribution in three-dimensional space are successfully calculated by establishing three-dimensional geometry model and solving plasma jet-substrate interaction equations,optimized particle trajecory models,as well as particle-particle heat transfer equations in three-dimensionalal space.Under typical working conditions,the flying trajectories and distribution of ZrO2 ceramic particles and Ni metal particles are also simulated.Results show that,the plasma jet becomes wider near the substrate,and the stochastic trajectory model is preferable to simulate the turbulent diffusion effect of particles.In addition,Ni metal particles penetrate relatively more deeply than ZrO2 ceramic particles due to larger density.     

Investigation on plasma-sprayed ZrO_2 thermal barrier coating on nickel alloy substrate

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＺｒＯ2 ｔｈｅｒｍａｌｂａｒｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓａｒｅｍａｉｎｌｙｕｓｅｄａｓｈｅａｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｌａｙｅｒｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｈｉｇｈｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｄｉｅｓｅｌ,ｔｕｒ ｂｉｎｅ ,ａｎｄｊｅｔｅｎｇｉｎｅｓ.Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｈｏｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｃａｎｇｒｅａｔｌｙｂｅｒｅｄｕｃｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｈｅａｔ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｌａｙｅｒ,ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌ…     

微波等离子推力器圆柱谐振腔等离子体流的数值研究

为了获得微波等离子推力器(MPT)圆柱形谐振腔小型化的设计参数，采用时域有限差分法(FDTD)求解Maxwell方程、有限体积法求解N-S方程、单温度局域热平衡模型求解等离子体数密度、温度等参数的全数值方法，对MPT圆柱形谐振腔在不同微波频率、相同谐振模式情况下的微波等离子体耦合流场进行了数值模拟计算。计算结果表明，提高微波频率可缩小圆柱形谐振腔尺寸。圆柱形谐振腔小型化后，在腔内压强一定的情况下，相应地工质气体的流量减小、消耗的微波功率减小，喷管喉径也减小、从而MPT的推力也减小，且不同微波频率、相同谐振模式情况下，腔内等离子体区温度、压强、电子数密度的变化规律相同。这些结论为今后MPT的小型化设计提供了理论依据。     

热障涂层对活塞温度场影响的三维分析

为提高内燃机的工作效率和使用寿命,以表面涂覆热障涂层的发动机活塞为主要研究对象,综合分析热障涂层对活塞温度场的影响.建立了热障涂层活塞的三维模型,运用有限元软件对其进行了温度场分析计算,考察了不同涂层材料和涂层厚度对活塞温度场的影响情况.研究结果表明:0.4mm厚的ZrO2陶瓷涂层可使活塞的隔热效果提升约8.8%,并且隔热效果明显优于Al2O3、Si3N4和SiC;ZrO2涂层厚度每增加0.5mm,活塞金属基体顶面的最高温度下降约3.2℃,陶瓷涂层顶面的最高温度上升约8.3℃.     

三维等离子体射流中空气的卷吸和粒子的氧化

为了研究等离子体射流中空气的卷吸和由此引起的金属粒子的氧化，建立了等离子体喷涂的三维计算机模型LAVA-P-3D.喷涂系统采用氩 氢混合气的直流电等离子体，粒子材料是钼.三维模型通过求解等离子射流的N-S方程得出混合气体的温度、速度和氧气浓度等的分布，其中考虑了粒子与等离子射流的相互作用.粒子的模拟采取了轨迹追踪法，研究了粒子的加速、传热、熔化和氧化等物理现象.等离子体射流的模拟结果与实验结果相吻合，并且用数值模拟研究了不同大小粒子的温度、速度、和氧的质量分数.研究结果表明，粒子越大，温度、速度和氧质量分数越小；粒子的氧化量随飞行距离的增长而线性增加.     

Properties of plasma sprayed NiCrAlY (ZrO_2 Y_2O_3) coating on refractory steel surface

1INTRODUCTION1Cr18Ni9Ti,i.e.188austeniticstainless steel,isakindofausteniticrefractorysteelwidely appliedinmanyfields,containingahighcontentofCrthatcanimproveheatandoxidationresistances,andalsoNicapableofformingastableaustenitic structure.However,suchstee…     

陶瓷蜗轮的研制及材料摩擦磨损机理的研究

通过疲劳磨损比较试验、接触疲劳强度试验和Mg-PSZ陶瓷蜗轮的模拟试验，分析出了陶瓷材料的疲劳磨损计算公式，试验结果表明：陶瓷试件的磨损量较金属试件小；磨损机制主要是磨粒磨损．在不同的振动条件下，Mg—PSZ陶瓷较Al2O3和ZTA（ZrO2增韧Al2O3）陶瓷的接触疲劳强度高，疲劳寿命长，最适合作轻微冲击载荷作用下陶瓷摩擦副零件．     

直流电弧等离子炬温度场-电场分布特性数值模拟

直流电弧等离子体是近年来放射性固废处理领域的重点开发技术。本文以直流非转移弧等离子炬为对象,基于Fluent软件UDF与UDS的二次开发功能,将数值模拟过程与工质气的物性参数、控制方程组源项变化以及电极电流分布进行动态链接,建立了二维轴对称的磁流体动力学(MHD)计算模型;通过求解流体力学控制方程组与麦克斯韦方程组,并采用合理的边界条件,得到了等离子炬内的温度场、速度场以及电流电势分布规律。结果显示,阴极附近电位降显著,电流密度分布集中;层流条件下弧柱区温度分布均匀,中心温度为全流域最高,区域边缘温度梯度较大;阳极附近存在电流密集分布区域,可作为弧根位置预测依据。研究工作同时为等离子炬电极寿命-射流热效率的耦合分析计算奠定了方法基础。     

等离子喷涂过程数值计算与实验研究

应用流体控制方程、传热传质方程、粒子输运方程、Maxwell电磁场方程建立多场耦合数学模型,研究普通等离子喷枪内外的流场特性.计算中考虑等离子气体的电离与复合反应,以及非局域热平衡效应,在此基础上,采用新的三维模型分析气流中粉末颗粒的速度和温度分布,并与DPV2000诊断系统测量值进行对比,结果显示二者的相对误差小于10%.分析结果表明：颗粒的速度和温度在喷涂距离70～90 mm范围内同时达到最大,可选择此范围为最佳喷涂距离.颗粒的加热加速行为研究为其最终的沉积和扁平化奠定了基础,对工艺参数优化和喷枪结构优化提供理论指导.     

ZrO_2－Y_2O_3陶瓷涂层的相变问题

本文综述了以往在ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３陶瓷涂层相变问题方面的研究情况，包括涂层的相组成、涂层的相稳定性以及涂层的相组成与涂层性能之间的关系等方面内容。并提出了ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３陶瓷涂层相变研究亟待解决的问题．     

颗粒增强金属基复合材料的研究(一)

金属基复合材料是由陶瓷颗粒或纤维(比如SiC，Al2O3，TiC，TiB等)增强金属或合金基体而得到的，具有高的比刚度、比强度、耐磨性和高温性能，且具有可设计性，是一类高性能先进材料，在航空、航天、汽车等领域具有良好的应用前景。综述了金属基复合材料的类型、成型方法及主要强化性能指标，阐述了颗粒强化金属基体的机理，提出了用纳米颗粒强化金属基体的新思路，简要介绍了实验方法，预测了性能改善程度，并阐述了其发展前景。     

ZrO＿2—20wt％Al_2O_3陶瓷复合材料显微结构的TEM研究

用透射电镜研究了（ＺｒＯ２＋ｘｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３）－２０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３陶瓷复合材料的显微结构，发现在Ｙ２Ｏ３含量为２．０ｍｏｌ％～２．５ｍｏｌ％成分下，较大的（可达１μｍ）未转变颗粒仅限于嵌在Ａｌ２Ｏ３晶内的ＺｒＯ２（ｔ），当Ｙ２Ｏ３含量为３．０ｍｏｌ％时不嵌在Ａｌ２Ｏ３晶内的ＺｒＯ２（ｔ）颗粒（可达１．３μｍ）也可保持四方相结构。因此３．０ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３成分下四方相的急增及其最佳相交增韧效果归因于基体弹性模量的增加和适量稳定剂（Ｙ２Ｏ３）加入的共同作用结果。     

纳米Ni_3Al/Al_2O_3复合陶瓷的制备及性能

利用氢电弧等离子体法制备了纳米Ni3Al金属间化合物,并以此为弥散相,以氧化铝为基体,采用热压烧结工艺在1 450℃下制得纳米Ni3Al/Al2O3复合陶瓷,并研究其力学性能和微观结构。结果表明:加入纳米Ni3Al的复合陶瓷断裂韧性比纯氧化铝陶瓷有了明显提高,当加入质量分数5%纳米Ni3Al时,断裂韧性最高达12.1 MPa.m1/2。利用扫描电子显微镜观察试样的断口形貌,分析陶瓷的微观结构发现:随着纳米Ni3Al含量的增加,片状晶数量逐渐降低,说明纳米Ni3Al质量分数的加入抑制了片晶的生长。     

Mechanical Properties and Erosive Wear Resistance of Zirconia Toughened Al2O3-TiC Ceramics

The effect of ZrO2, content on the fracture toughness, flexural strength and Vickers hardness as well as the erosive wear resistan properties of zirconia toughened Al2O3-TiC ceramic composites has been investigated. The results showed that the improvement in fracture toughness and flexure strength of composites with the content of zirconia less than 50% and 10% in mass fraction respectively,is primarily attributed to stress-induced transformation toughening by the analyse of X-ray diffraction. The dependance of erosion wear resistance on the attak angle and the content of ZrO2, panicles of the composites was also revealed. It is found that the erosion rate of the composites has a sharp rise at a attack angle over 65°. This phenomenon is due to a brittle response to the erosion test by microsmictural observation on eroded surface.     

Combustion Properties of Metal Particles as Components of Modified Double-Base Propellants

Metal particles such as aluminum (Al),magnesium (Mg),boron (B) and nickel (Ni),as well as Mg/Al alloy (Mg/Al =3/4) are currently the most widely used ingredients in modified double-base propellants.In this contribution,the combustion properties of the metal species are studied by means of the high-speed photography technique and the non-contact wavelet-based measurement of flame temperature distribution.The combustion process of the A1,Mg and Mg/Al sampies shows both gas phase reaction and surface oxidation,which yield volatile and nonvolatile products,corresponding to the oxide and suboxide respectively.However,the combustion of B and Ni shows only gas phase reaction,due to their high melting point as well as high enthalpy of vaporization.In addition to the experiments,a hypothetical combustion model has been proposed to clarify the combustion characteristics of metal species in modified double-base propellants.     

金属表面等离子喷涂陶瓷材料提高耐磨性的研究

利用等离子喷涂技术将Ａｌ２Ｏ３和ＣＯ／ＷＣ陶瓷材料喷涂在金属表面，对陶瓷喷涂层与金属基体的结合强度和在滑动磨损条件下的耐磨性进行了试验研究．试验结果表明，Ａｌ２Ｏ３涂层的磨损率是金属基体的１／２；ＣＯ／ＷＣ涂层的磨损率基金属基体的１／１Ｏ．结合扫描电镜观察，探讨了涂层材料的微观磨损机理，认为陶瓷涂层材料的磨损机理不同于金属材料的微切削、犁沟磨损机理，其磨损主要是大界的断裂和晶粒的局部脆性断裂及剥落．因此，为提高陶瓷涂层的耐磨性，应首先着重于提高陶瓷材料的强度．     

固相含量对凝胶注模成型ZrO2陶瓷力学性能的影响

采用凝胶注模工艺分别制备体积分数为36％、38％、40％、42％和44％的ZrO2陶瓷坯体,在1600℃进行无压烧结,通过电子万能试验机、扫描电镜等测试手段分别对ZrO2陶瓷材料的力学性能和显微结构进行测试和分析,结果表明,固相体积分数为38％时,陶瓷材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性最大,分别为98．36％、921．34MPa和11．49 MPa·m^1/2,这是由于固相体积分数为38％的浆料流动性好,气孔少,制备出的ZrO2陶瓷坯体缺陷少．     

圆柱形油罐模型的静电电位和电场的分布

如果金属油罐内输进一部分带电液体,例如石油类产品,就会在油罐内产生很高的静电电位和电场,并且很危险。要想知道这种电位分布,必须同时解拉普拉斯和泊松方程。本文对圆柱形油罐模型,用贝塞尔函数给出了一个解析解,并进行了数值计算,给出了一个特定模型的计算结果,结果表明这个级数解的收敛性是比较好的。为了估计和评价一般结构的油罐内气体空间的最高电位和电场强度,导出了更为实用的方程。     

等离子喷涂陶瓷复材的性能和应用及其发展

综述了等离子喷涂陶瓷涂层在克服金属零件失效方面所发挥的重要作用。把发生在材料表面的磨损按实际情况区分为典型的六大类,工件实施等离子喷涂陶瓷涂层后,具体的实验、生产中得来的数据表明等离子喷涂陶瓷涂层后材料表面抗磨损能力均显著提高。由于材料表面采用等离子喷涂抗腐蚀的陶瓷涂层覆盖在金属基体上,从而屏障了外界腐蚀性物质对金属基体的浸蚀,从而提高了材料的抗腐蚀能力。实验数据说明了通过对涂层进行封闭处理或激光重熔,可大大减少涂层中的气孔率,从而提高耐腐蚀性。探讨了适用于高温条件下的陶瓷涂层所应有的良好性能,并分析了三种典型应用于高温环境下的陶瓷涂层。最后,提出了等离子喷涂陶瓷涂层的发展方向及现行阶段所急需解决的问题。     

ZrO_2超细粉体化学沉淀法制备的工艺研究

本工作采用了化学沉淀法合成氧化锆超细陶瓷粉末，研究了各工艺参数对合成粉体性能的影响，并从胶体化学的角度分析了各参数对沉淀粒子所起的作用．发现只有将盐溶液浓度和ＰＨ值选择适当时，才能得到细小分散，粒径分布一致的氧化锆粉体．