大功率等离子喷涂枪的设计

针对等离子喷涂大功率化的要求，设计了大功率等离子喷涂枪，利用二次喷嘴，功率可达100kW以上，喷嘴管型采用拉筏儿管，使等离子焰流速度达到超音速，出口的焰流为匀直流，利用双水内冷，分别调节钨极与喷嘴的冷动水流量，从而控制等离子流的热焓，有效提高了能源利用率，延长了喷枪的使用寿命。     

超音速电弧喷涂粒子速度的计算机仿真

粒子速度对涂层质量有重要的影响,计算机仿真是确定粒子运动规律的有效方法。通过建立数学模型,对超音速电弧喷涂纯铝的粒子速度进行了仿真计算,结果表明,粒子飞行过程中经历了一个加速减速的过程,直径40μm的粒子最大速度为365m／s,最大速度点离喷嘴出口52mm,试验测得的粒子最大速度为386m/s,位置在喷嘴出口40～60mm范围内。仿真计算反映了射流中粒子的运动特征,从理论上证明超音速电弧喷涂的粒子速度超过音速。     

超音速火焰喷枪设计理论与数值模拟的研究进展

超音速火焰喷涂作为热喷涂领域的新技术具有粒子飞行速度高 ,涂层质量好等优点。本文在介绍了超音速火焰喷涂的原理、特点、应用的基础上 ,阐述了国内外超音速火焰喷枪结构设计的研究进展 ,分析了目前国际上流行的六种喷枪结构的特点 ,综述了用数值模拟的方法探讨喷嘴内外焰流的工作状态、焰流及粒子的压力场、速度场与温度场的变化规律 ,从而为超音速火焰喷涂技术的发展和超音速喷枪的优化设计提供基础     

水煤浆喷嘴温度场和应力场分析及涂层材料应用

为提高新型水煤浆喷嘴的抗冲蚀性能,采用有限元分析法,对新型水煤浆喷嘴稳定工作时的温度和应力场进行了分析计算;并对超音速喷涂制备的涂层与等离子喷涂涂层、激光熔覆制备涂层与喷嘴材料哈氏合金的冲蚀性能进行试验研究.结果表明喷嘴稳定工作时,出口端部的温度较高、温度梯度较大,水煤浆通道温度在300～500℃.热应力最大值发生在冷却水套管的外壁圆角处,同时喷嘴出口端部应力较大.在不同的冲蚀速度下,3种涂层的抗冲蚀能力均优于哈氏合金,且超音速喷涂制备涂层的抗冲蚀能力最优.     

基于TRIZ理论的微量润滑喷嘴设计北大核心

针对目前传统微量润滑喷嘴冷却润滑效率低的问题,根据微量润滑喷嘴雾化的问题分析,定义微量润滑喷嘴雾化技术冲突,提出一种基于发明问题求解理论(theory of inventive problem solving,TRIZ)的微量润滑高效冷却润滑喷嘴的创新设计方法,建立基于TRIZ冲突解决理论的微量润滑喷嘴创新设计过程模型,分析超音速雾化理论,提出超音速微量润滑喷嘴结构模型,利用数值模拟方法对所提出的结构模型进行超音速可行性研究。研究结果表明,所提出的喷嘴在进气口压强为0.2 MPa时,出口速度先增大后减小,最终处于亚音速状态;在进气口压强达到0.4 MPa时,出口速度一直增大,实现超音速;随着进气口压强继续增大,出口速度可实现超音速,但最大速度提升不明显。可为微量润滑系统的高效冷却润滑喷嘴设计提供新思路。     

颗粒在超音速等离子喷涂中的流动特性及熔化细化历程

在等离子喷涂多物理场耦合的基础上考虑了颗粒所受的热泳力和压力梯度力,对超音速等离子喷涂过程中颗粒运动的特性进行研究,利用SprayWatch-2i对飞行颗粒进行在线监测并与计算值进行对比。结果显示:距喷嘴出口90～100 mm时,颗粒的温度和速度最高,是超音速等离子喷涂的最佳喷涂距离。在0.4 ms时,颗粒中心最低温度达到3000 K,已高于8YSZ的熔点,在这个时候颗粒已经完全熔化。颗粒在等离子射流中发生细化,在距离喷嘴出口100 mm处直径小于5μm的颗粒所占比例超过了50%,颗粒主要发生的是振动破碎。实验验证了超音速等离子喷涂数值模拟的正确性,小直径颗粒的计算值更接近实验值。     

WC-17Co 粉末尺寸对粒子飞行状态与涂层性能的影响分析

目的 提高碳化钨涂层的性能.方法 运用Fluent软件进行超音速火焰喷涂焰流的仿真模拟,得出喷涂距离-焰流速度、喷涂距离-焰流温度曲线.采用粒子飞行监测仪对三组不同粒度(粒子平均直径分别为21.72、32.92、42.56 μm)WC-17Co粉末在超音速火焰喷涂过程中的飞行状态进行监测,并得出喷涂距离-速度、喷涂距离-温度曲线,揭示喷涂过程中焰流速度、温度对粒子速度和温度的影响.通过扫描电镜观察分析不同粒度WC-17Co粉末撞击镍718合金基体后的扁平化程度,测量不同粒度WC-17Co涂层的孔隙率,比较涂层致密度的差异,同时采用压痕法测量涂层的硬度.结果 WC-17Co粒子飞行速度和温度随喷涂距离的增加呈先增大后减小的趋势,且粒子飞行速度和温度随粉末粒径的增大而减小,根据粉末粒径的不同,其速度峰值在690～810 m/s之间变化,温度峰值在1890～2050℃之间变化.直径越小的粒子撞击基体后的扁平率越高,扁平率在1.94～2.35之间.WC-17Co涂层的孔隙率随粒子直径的增大而升高,涂层的硬度与孔隙率成反比,涂层努氏硬度在1072～1284HK之间.结论 超音速火焰喷涂过程中,碳化钨粉末的飞行速度和温度呈先增大后减小的趋势,且飞行速度和温度与粒子直径大小成反比.碳化钨涂层的致密度与硬度随粒子直径的增大而减小.     

冷喷涂工艺中射流过程的数值模拟研究

在冷喷涂材料表面改性技术研究中，喷嘴出口的超音速气流射流流场直接影响喷涂的效果和喷涂质量，故喷嘴出口后射流的流场数值计算分析非常重要。通过对数学模型的工程简化，完成气相射流流场的数值模拟，给出了可压缩气体压力、温度和速度分布，根据计算结果，完成对实验的优化设计。     

超音速火焰喷涂流场有限元分析

在液体火箭发动机原理的基础上,建立了超音速火焰喷涂过程全流场分析模型,对KY-HVO(A)F多功能超音速火焰喷涂系统进行了流场分析,得到了HVOF与HVAF两种状态下燃气的速度、温度分布,分别体现了燃气欠膨胀与过膨胀的特点。在HVOF状态计算结果中有8个马赫锥而实际焰流照片中有8～9个马赫锥,所处位置基本对应,可以合理解释喷涂过程的激波现象,不同截面上的速度分布,体现了燃气速度在径向截面上的自模特性。     

液体燃料-空气/氧气混合助燃超音速火焰喷涂枪的研制

采用枪内混气方式,设计研制了一种采用炽热体作为稳焰器的液体燃料-空气/氧气混合助燃超音速火焰喷涂枪.用SprayWatch热喷涂监测系统测试喷涂枪焰流出口速度和温度,并研究喷涂工艺对WC-12Co涂层组织和性能的影响.结果表明,喷涂枪焰流出口速度超过1300m/s,焰流温度可在2302～3410K之间进行精确调节,精度达到±50K;提高空气/氧气比,涂层中WC保留率明显提高,使涂层硬度比氧气助燃时得到明显提高;采用空气助燃进行喷涂,可以得到厚度超过5mm的WC-12Co涂层.     

纳米材料的颗粒尺寸分析方法

介绍了纳米材料颗粒尺寸的定义，对测量纳米颗粒尺寸的常规方法及其特点进行了评述，同时介绍了测量纳米颗粒尺寸的一些新方法。     

粉末粒度测试方法述评

综述了目前常用的粉末粒度与粒度分布测定方法的原理、特点及适用范围 ,并对粒度测试技术的发展作了展望     

FRACTAL DIMENSION AS MORPHOLOGY AND SIZE PARAMETERS OF FRACTURED PARTICLES OF ROCK

Semi-automatic image analysis system was used for the surface fractal dimension measurement of 15 kinds of rock-fractured particles. The results indicate that the surfaces of the particles that have a size of about 200 mesh are fractal, and that the fractal dimension is in the range of 2.07～2.11. Therefore, some definitions of particle size such as surface diameter, equivalent volumetricly surface diameter are equivocal without giving the step length and the drag diameter, free-fall diameter, and stokes'diameter may be modified by the fractal dimension.     

Effect of plasma fluctuations on in-flight particle parameters

The influence of arc root fluctuations in direct current (DC) plasma spraying on the physical state of the particle jet is investigated by correlating individual in-flight particle temperature and velocity measurements with the instantaneous voltage difference between the electrodes. In-flight diagnostics with the DPV-2000 sensing device involve two-color pyrometry and time-of-flight technique for the determination of temperature and velocity. Synchronization of particle diagnostics with the torch voltage fluctuations are performed using an electronic circuit that generates a pulse when the voltage reaches some specific level; this pulse, which can be shifted by an arbitrary period of time, is used to trigger the acquisition of the pyrometric signals. Contrary to predictions obtained by numerical modeling, time-dependent variations in particle temperature and velocity due to power fluctuations induced by the arc movement can be very large. Periodic variations of the mean particle temperature and velocity, up to ΔT=600 °C and Δv=200 m/s, are recorded in the middle of the particle jet during a voltage cycle. To our knowledge, this is the first time that large time-dependent effects of the arc root fluctuations on the particle state (temperature and velocity) are experimentally demonstrated. Moreover, large fluctuations in the number of detected particles are observed throughout a voltage cycle; very few particles are detected during parts of the cycle. The existence of quiet periods suggests that particles injected at some specific moments in the plasma are not heated sufficiently to be detected.     

SiCp增强金属基复合材料的研究进展

综述了SiCp增强金属基复合材料的国内外研究现状，着重介绍了SiCp增强金属基复合材料的制备、性能与应用前景。     

气体保护焊烟尘形成机理分析

以H08Mn2Si实芯焊丝的熔化极气体保护焊和SJ501药芯焊丝的CO₂保护焊为对象,探讨了气体保护焊烟尘粒子的粒径分布特征和形成机理. 采用准光弹性散射法测量烟尘粒径,并利用透射电镜(TEM)、能谱(EDS)对烟尘粒子的形貌、结构和化学成分进行了观察和分析. 结果表明,两种工艺形成的烟尘一次粒子都呈球形,表面圆滑,直径一般小于200 nm,大多数烟尘粒子都是铁的氧化物. 研究还发现,烟尘的二次粒子为链状或网状结构,由大量一次粒子聚结而成,与实芯焊丝的熔化极气体保护焊形成的烟尘相比,药芯焊丝CO₂焊形成的烟尘化学成分更复杂,烟尘二次粒子更细小.     

碳化物聚集形成的磁痕分析

通过对减震环零件磁痕显示的深入分析,指出了碳化物聚集产生磁痕的原因及特点。大量的对比试验证明,碳化物聚集形成的磁痕显示为非相关磁痕,存在此类显示的零件,其强度和使用性能不受影响,对零件不会构成危害。     

Characterization of nanometer tungsten powders

Three types of tungsten powders were prepared by hydrogen reduction of three precursor powders at low temperature,which were used as samples,and were then characterized by Brunauer-Emmer-Teller (BET) method,scanning electron microscopy (SEM),transmission electronic microscopy (TEM),small angle X-ray scattering (SAXS),and field-emission scanning electron microscopy (FESEM) respectively.The results showed that although BET and SEM could not characterize the particle size of nanometer powders,they were important means of assistance to exclude non-nanometer powders.TEM and FESEM could directly measure the particle size of nanometer powders,but this needs a lot of time,to count the average particle size and particle size distribution.SAXS could not describe the state of agglomeration.By the combination of FESEM and SAXS,the particle size,particle size distribution,and particle shape of nanorneter powders could be preciscly characterized.     

等离子喷涂工艺参数对粒子速度和温度的影响

在G型喷嘴下，利用SprayWatch-2i喷涂粒子速度、温度测试仪在线测量粒子的飞行参数，研究了等离子喷涂工艺参数对喷涂粒子速度和温度的影响，并对等离子喷涂氧化锆粉末的主要工艺参数进行优化分析。在诸因素中．气体流量对粒子速度和温度的影响最为显著，随着主气流量的增加，粒子速度有所增加。     

Modeling of plasma spraying of two powders

The behavior of metal and ceramic powders co-sprayed through a plasma jet was simulated using a commercial fluid dynamics model in which the particles are considered as discrete Langrangian entities. Computations were carried out for the plasma jet and the injected particles using (a) a steady-state three-dimensional (3-D) jet and (b) a simplified two-dimensional (2-D) model. An analytical method was used to estimate the appropriate injection velocities for the metal and ceramic particles, injected through opposing nozzles perpendicular to the plasma flow, so that their “mean” trajectories would impinge on the same area on the target surface. Comparison of the model projections with experimental measurements showed that this method of computation can be used to predict and control the behavior of particles of widely different properties.