基于响应曲面的Ar气氛超音速等离子喷涂钛涂层

采用超音速等离子喷涂可低成本、高效率制备钛涂层。采用响应曲面法（RSM）中的Box-Behnken（BBD）设计分析了Ar流量、功率、喷涂距离3个因素与超音速等离子射流中钛粒子飞行速度和温度的交互性,利用SEM和显微硬度计研究了钛涂层的微观结构和显微硬度。结果表明：建立的线性模型可靠,喷涂距离对粒子飞行速度和温度影响最大,且随喷涂距离增加粒子飞行速度减小温度增加,而Ar流量和功率对粒子飞行速度和温度的影响与喷涂距离相反。超音速等离子喷涂制备出的钛涂层硬度较低,且呈多孔结构,随粒子飞行速度增加孔隙率降低。     

新型大气长层流等离子体喷涂方法和研究进展

介绍了一种新型大气等离子喷涂方法,该方法采用特殊内通道结构的直流非转移电弧等离子发生器,可以直接在大气条件下获得长度100～1000 mm之间变化的等离子射流。在大气条件下,等离子射流的流动特性具有"长、直、准"的层流或类层流状态,工作时噪音小于80 dB。在工作参数范围内,等离子射流的长度在固定总气流量条件下可以随输出功率的增加而增长;射流的长度在固定输出功率的条件下随总气流量的增加而减小。当使用在大气等离子喷涂技术中时,会为飞行粉末颗粒带来超长的加热和加速过程。文中详细介绍了大气层流等离子喷涂技术的研究历史和研究现状,以及研究团队利用该新型技术制备的6种涂层的显微结构、颗粒的飞行和加热特点,并对比了目前其他大气等离子喷涂技术的结果。结果表明,文中介绍的方法在最低的输出功率和气流量条件下,为金属和陶瓷颗粒提供了超长的飞行和加热条件,表现为较低的颗粒飞行速度和超高的颗粒表面温度。可以在不同的射流长度或喷涂距离下,获得不同的颗粒熔化状态或涂层结构,并发现可以直接在大气条件下获得大规模气液共沉积的涂层。     

等离子喷涂流场分布及颗粒运动特性（英文）

考虑了化学反应及压力梯度力,对等离子喷涂流场分布及颗粒运动特性进行研究。利用Spray Watch-2i对飞行颗粒进行在线监测。结果表明:气流的最高温度为12000 K,最高速度为150 m/s。当载气流量在4 L/min时,颗粒能够很好的加热加速。当送粉流道与射流方向垂直时,颗粒分布在流场外围,而当送粉流道与流场垂直方向倾斜8°夹角后,颗粒的运动轨迹偏向流场中心。当颗粒直径为10μm时,颗粒能够被载气送入到射流中心位置。而当颗粒直径逐渐增大时,颗粒穿过射流中心分布在流场外围。颗粒的最大速度达到270.9 m/s,最大温度达到3939 K。最佳喷涂距离为80 mm。     

超音速等离子喷涂粒子飞行特性对纳米YSZ涂层性能的影响

采用超音速等离子喷涂(SAPS)制备不同工艺条件下的纳米结构涂层,用Spray Watch-2i在线测试等离子射流中熔融粒子飞行速度及表面温度,用扫描电镜及透射电镜表征微观结构,测量显微硬度、断裂韧性,用自制隔热试验平台测量隔热温度,研究飞行粒子熔化状态对纳米结构涂层组织及性能的影响。结果表明YSZ纳米涂层粒子温度速度分为三个区域:高温高速区(SAPS High T-V),中温中速区(SAPS Medium T-V),低温低速区(SAPS Low T-V)。纳米涂层未熔颗粒随熔融指数增加而减少,隔热温度随熔融指数增加而降低。涂层未熔颗粒和孔隙含量增加时,显微硬度降低;中温中速区域涂层断裂韧性最高,有良好的综合性能。三个区域的纳米涂层服役后未熔颗粒和孔隙率都有所降低,隔热温度也降低。     

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.     

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。     

Ti-B4C-C系在火焰喷涂时的SHS过程

以Ti—B4C—C为反应喷涂体系，依托SHS反应火焰喷涂制备TiC—TiB2复相陶瓷涂层技术，通过水淬熄实验，截取了喷涂过程中飞行不同距离的粒子，观测了不同飞行距离下，中间状态反应产物的宏观特征、成分和组织结构及其变化过程，理论探讨了复合粉体在氧．乙炔火焰焰流中的飞行燃烧过程与反应机理。研究表明，中间状态的反应产物按其宏观特征出现了完全熔融的实心陶瓷液滴、完全熔融的空心陶瓷液滴、表面熔融芯部未熔的陶瓷颗粒和完全未熔的陶瓷颗粒4种。其飞行燃烧过程机理是：SHS反应始于钛粉的熔化，对位于火焰焰流芯部的中小尺寸喷涂团聚颗粒，其燃烧合成受扩散和毛细管机制控制，以爆燃方式进行；对位于火焰焰流外围的较大尺寸喷涂团聚颗粒，其燃烧合成受组元熔解析出机制控制。     

大气等离子射流中粒子飞行行为的试验测量

为考察等离子熔射中粉末的飞行过程,应用芬兰Oseir公司等离子喷涂在线监测和分析设备SprayWatch对射流中粒子的温度、飞行速度和粒子流量进行了测量,探讨了等离子弧电压、电流、功率以及送粉量等参数对粒子飞行状态的影响.结果表明:同等功率下,电流对粒子速度的影响高于电压,电压对粒子流量的影响高于电流,电压、电流对粒子温度则呈现交替重要的影响;在电流400A、电压50V下粒子流量随送粉量的增加呈现低-高-低的"山峦"状变化,反映了粒子飞行路径和分布的变化.     

连铸二冷气雾喷嘴射流PIV实验研究

采用实验方法针对某钢厂连铸二次冷却过程使用的气雾喷嘴进行射流特性测试,获得了气雾喷嘴射流过程中液滴直径、速度及液滴的索太尔平均直径分布特征,其中液滴的索太尔平均直径为125～155 μm。研究了液滴的索太尔平均直径与喷嘴口韦伯数、雷诺数、无量纲喷射距离的对应关系。     

自蔓延反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的水淬熄试验

用水淬熄法研究了Ti-B4C-C系自蔓延高温合成（SHS）反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的反应过程与机理.结果表明,在喷涂过程中喷涂团聚颗粒各组元间、各组元与环境间存在多种反应的竞争,团聚颗粒飞行距离不同,反应得到的产物不同.喷涂的最佳距离为180mm,此处获得的球形粒子（陶瓷液滴）数量最多,团聚粉熔融最充分,获得的球形陶瓷液滴数量最多,形成的目标产物最理想.陶瓷液滴的形成始于钛粉的熔化,并通过扩散和毛细管作用向B4C和C颗粒渗透和浸润,经过自蔓延反应能量积累,最后SHS爆燃完成.当陶瓷液滴遇水淬熄后将以柱状方式结晶成毛线团状,可以用熔渣正规离子溶液模型描述液滴的结构.     

高速电弧喷涂雾化熔滴的热传输行为

提出了高速电弧喷涂(HVAS)雾化过程熔滴的热传输理论模型,并用一种FeAl合金进行数值分析。结果表明,雾化过程中熔滴的液态冷却速度在105~107K穝-1数量级,预示涂层将具有快速凝固组织特征;熔滴尺寸、雾化气流初始速度、熔滴过热度及喷涂距离对雾化熔滴的热传输行为均有很大的影响;在一定范围内增大雾化气流压力,增大熔滴过热度,缩短喷涂距离,可以有效地改善高速电弧喷涂层的性能。     

高速电弧喷涂熔滴速度的数值模拟及试验

熔滴速度是电弧喷涂涂层性能的主要影响因素之一。本基于空气动力学和二相流流体力学理论建立了高速电弧喷涂雾化气流化和熔滴速度的数学模型，并进行了数值模拟；同时用试验方法测试了气流速度及Al,3Cr13熵滴在不同喷涂距离处的平均速度；数值计算结果与试验数据基本吻合。结果表明，雾化气流的速度和距喷嘴一定距离内将保持初始速度（约650m/s)，然后随喷涂距离的增大而衰减，这与超音速气流通过Laval喷管后所产生的膨胀波和压缩波相互作用有关；熔滴在雾化飞行过程中经历了先加速后减速的过程，小熔滴能在较短的距离内被加速到最大速度；达到最大速度之后，小熔滴由于惯性力较小而迅速减速，而大熔滴则因较大的惯性力而减速不明显；熔滴速度的变化是由熔滴的Reynolds数决定的。Al和3Cr13熵滴的最大速度在0．3m喷涂距离之内均超过音速。     

粉末中C抑制FeAl熔滴氧化机制及其对等离子喷涂层组织与性能的影响*

大气等离子喷涂（APS）金属时,熔滴不可避免地发生氧化是难以获得粒子间结合充分的致密涂层的主要原因。以FeAl金属间化合物为例,提出一种在粉末中添加亚微米金刚石颗粒引入碳源,以期利用碳在高温下优先氧化的特性抑制等离子喷涂飞行粒子中Fe、Al元素的氧化,获得无氧化物的高温熔滴从而制备低氧含量（质量分数）、粒子间充分结合的FeAl金属间化合物涂层的新方法。采用APS制备Fe Al涂层,研究金刚石的添加对涂层氧含量、碳含量、涂层内粒子间结合质量与硬度的影响规律,探讨FeAl熔滴飞行中的氧化行为。采用商用热喷涂粒子诊断系统测量APS喷涂中的粒子温度,通过SEM与XRD表征了涂层的组织结构,并表征涂层的结合强度与硬度。结果表明,在等离子射流的加热和Fe、Al元素放热反应的联合作用下,飞行中FeAl熔滴的表面温度可达2 000℃以上,满足C原位脱氧的热力学条件。与不含碳的传统Fe Al涂层中的氧含量随喷涂距离的增加而显著增加的规律完全不同,用Fe/Al/2.5C粉末喷涂时涂层中的氧含量随距离的增加而减小,表明飞行中熔滴的氧化得到抑制,实现了C原位脱氧抑制金属元素氧化的自清洁氧化物的效应。FeAl/...     

The equiaxed-banded microstructural transition during low pressure plasma spraying

The microstructure of low pressure plasma spray deposited Al–12%Si has been investigated as a function of temperature during spray deposition, concentrating on deposit homogeneity, porosity, microstructure and microhardness. The deposit microstructure was determined by the temperature during spray deposition. Low temperatures promoted inhomogeneous banded microstructures, incorporating partially solidified and unmelted particles, with high levels of intersplat porosity, extended Si solubility in the α-Al matrix, amorphous and nano-sized Si precipitates and relatively high microhardness. High temperatures promoted homogeneous equiaxed microstructures, with low porosity levels, low Si solubility in the α-Al matrix, micro-sized Si precipitates, and relatively low microhardness. The measured critical transition temperature was in the range 190–345 °C, in reasonable agreement with Cantor et al.’s intermixing model of microstructure formation during spray deposition, which predicted a critical transition temperature of 328 °C. The corresponding critical intersplat time was estimated to be 1.4 × 10⁻⁴ s, indicating intermediate cooling conditions for splatting droplets arriving at the deposit surface.     

Influence of NH4Cl Powder Addition for Fabrication of Aluminum Nitride Coating in Reactive Atmospheric Plasma Spray Process

Reactive plasma spray is the key to fabricating aluminum nitride (AlN) thermally sprayed coatings. It was possible to fabricate AlN/Al composite coatings using atmospheric plasma spray process through plasma nitriding of Al powders (Al 30 ??m). The nitriding reaction and the AlN content could be improved by controlling the spray distance and the feedstock powder particle size. Increasing the spray distance and/or using smaller particle size of Al powders improved the in-flight nitriding reaction. However, it was difficult to fabricate thick and dense AlN coatings with an increase in the spray distance and/or when using fine particles. Thus, the coatings thickness was suppressed because of the complete nitriding of some particles (formation of AlN particles) during flight, which prevents the particle deposition. Furthermore, the excessive vaporization of Al fine particles (due to increased particle temperature) decreased the deposition efficiency. To fabricate thick AlN coatings in the reactive plasma spray process, improving the nitriding reaction of the large Al particles at short spray distance is required to decrease the vaporization of Al particles during flight. This study investigated the influence of adding ammonium chloride (NH₄Cl) powders on the nitriding process of large Al powders and on the microstructure of the fabricated coatings. It was possible to fabricate thick AlN coatings at 100 mm spray distance with small addition of NH₄Cl powders to the Al feedstock powders (30 ??m). Addition of NH₄Cl to the starting Al powders promoted the formation of AlN through changing the reaction path to vapor-phase nitridation chlorination-nitridation sequences as confirmed by the thermodynamic analysis of possible intermediate reactions. This changes the nitriding reaction to a mild way, so it is more controlled with no explosive mode and with relatively low heating rates. Thus, NH₄Cl acts as a catalyst, nitrogen source, and diluent agent. Furthermore, the evolved gases from the sublimation or decomposition of NH₄Cl can prevent the Al particles coalescing after melting.     

Effect of processing parameters on microstructures and mechanical properties of rapidly solidified AlFeVSi hot-extruded product

1　INTRODUCTIONRapidlysolidifiedAlFeVSialloy ,developedus ing planarflowcastingbytheAllied SignalAlu minumCompanyofUSA ,isoneofthemostmatureheat resistantaluminumalloysatpresent.FVS0 6 11,FVS0 812andFVS12 12havebeenappliedinthein dustriesofaviationandaerospacetomeettheneedsofadvancedaircraftsforlightweightstructuralmaterialswithhighspecificstrength ,highspecificstiffnessandexcellentthermalstability[14 ] .Theblanksofrapidlysolidifiedheat resistantalu minumalloywereprocessedbyusingpl…     

喷射沉积过程中半固态流变组织演变

分析了喷射沉积过程中半固态流变组织演变过程,提出喷射沉积合金细小的等轴晶的凝固组织是飞行阶段快速冷却和沉积阶段沉积体表面糊状凝固层中半固态流变组织演变的结果,沉积体凝固过程是一种微米级流变铸造过程:不同大小、不同状态、不同温度、不同的运动速度的雾滴以高速高频的雾滴撞击沉积体表面,产生足够的剪切应力和剪切速率,使沉积体半固态糊状凝固层具有流变特性,飞行阶段形成快速凝固组织在沉积阶段沉积体表面糊状凝固层中发生变温粗化,最终形成细小的等轴晶。     

HEAT TRANSFER BEHAVIOR OF SUPERALLOY DROPLETS DURING SPRAY FORMING

1.IntroductionSprayformingisanadvancedrapidsolidificationtechnology.Sprayformedmetalmaterialsfeaturesfine,granulargrainsandhomogeneousmicrostructure,andconsequelltly,theimprovedproperties.Itiswellknownthattherapidsolidificationeffectofthisprocessisobtainedduringatomizationandstronglydependontheoverallsolidfractionuponimpactontothesubstratewhichiscontrolledbyprocessingparameterssuchastheatomizinggaspressure,meltsuperheatanddepositiondistance[1--41.Therefore,inordertounderstandtheevolutionofthem…     

雾化沉积快速凝固过程的计算机模拟──Ⅱ．数值分析

在理论模型的基础上，计算了Ａｌ—４．５％Ｃｕ合金在雾化沉积过程的气体出口速度，气体与金属熔体的质量流率，微滴平均尺寸和微滴运动速度等流体流动动力学参量以及合金在雾化和沉积阶段的温度、固相分数和冷却速度等凝固参量的变化规律。并对计算结果作了分析和讨论。     

颗粒增强锌基复合材料研究现状与展望

颗粒增强锌基复合材料是当前研究较多、比较成熟、应用较广泛的金属基复合材料。综述了颗粒增强锌基复合材料的制备方法、界面微观结构、力学性能及摩擦磨损性能等的研究现状,分析了存在的技术难题,提出了今后的研究重点和发展方向。指出,喷射沉积快速凝固技术是继承传统铸造与粉末冶金发展起来的一种新型快速凝固技术,它将金属熔体的雾化和雾化液滴的沉积两个过程合为一体,直接由液态金属制备具有快速凝固组织特征的大块金属实体,是一种很有潜力的纳米颗粒增强锌基复合材料制备技术。