Fe粒子参数对低温超音速火焰喷涂层构建的影响

应用LS-DYNA大应变有限元耦合算法,研究了低温超音速火焰喷涂Fe粒子参数对喷涂层构建的影响.结果表明,随着粒子温度或者速度的升高,粒子所含内能的增加,使得涂层界面温度不断升高,粒子的沉积塑性应变发生变化.粒子在不同基体上的沉积特征表明基体硬度将影响沉积粒子与基体界面的结合状态.随着涂层的构成,后续粒子对已沉积粒子的高速撞击使得先沉积的粒子产生二次塑性变形,并引发温变.先沉积的粒子塑性变形引起的粗化作用将降低后续粒子沉积的临界速度.这些将导致涂层在拉应力作用下发生脆性断裂.     

WC颗粒对WC-10Co-4Cr涂层结构演变与性能的影响

为提高不锈钢表面的抗腐蚀耐磨损性能,利用等离子喷涂的方法制备了两种晶粒尺寸的WC-10Co-4Cr涂层,采用SEM、XRD表征了涂层的物相结构,在不同温度下进行了摩擦磨损试验,研究分析了晶粒对涂层微观结构与摩擦性能的影响。研究表明：相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层微观结构中包含WC、W₂C,还存在Co/Cr(W, C)的γ相,未发现微米涂层中析出的W2C将沿WC颗粒表面外延生长的包覆结构,而且纳米团聚粒子更容易沿扁平粒子边界收缩,明显减少了粒子内部的垂直贯穿裂纹。在室温和200℃时,纳米WC-10Co-4Cr涂层摩擦系数与平均磨损率均优于微米涂层。与微米涂层相比较,纳米WC-10Co-4Cr涂层在室温磨损的根源在于硬质颗粒诱发的犁削磨损,在200℃时为以粘着磨损为主的微域犁削相结合的磨损模式。并在3.5%NaCl溶液中将1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位由-617mV提高到-335~-290mV,降低了腐蚀倾向。     

地面模拟再入烧蚀系统研究

为了模拟再入飞行的热环境,研制了基于热等离子体为热源的再入飞行地面模拟烧蚀试验系统.该试验系统将氩气和氢气等工作气体电离、加速后产生高温、高速的热等离子体射流,基于热量和Ma数等效来模拟再入飞行的热环境;根据能量平衡原理,给出试验系统的焓值、出口温度和速度等参数的计算方法,通过测量系统的输入电压、电流、水温、主气和次气的流量等,计算出一定工况下的参数分布;通过仿真计算,得出了系统的流场分布;并通过试验对计算结果进行了验证.该试验系统具有参数调节性好、精度高、应用范围广、可以模拟不同的再入飞行环境等特点,为再入热防护研究等方面提供了切实可行的试验手段.     

硬密封球阀耐冲蚀陶瓷涂层研究

利用多功能超音速火焰喷涂技术，在金属硬密封球阀的阀芯上制备了WC-12Co金属陶瓷涂层，用于提高球阀的耐冲蚀磨损性能。试验表明，涂层机械力学性能好，与基体结合强度超过70MPa，孔隙率小于2％，硬度超过HV1000，耐冲蚀磨损性能比基体提高5倍以上，有效地提高了球阀的使用寿命和密封可靠性。     

多功能超音速火焰喷涂的燃烧特性研究

分析了多功能超音速火焰喷涂燃烧过程、燃烧不稳定性，设计了燃烧室，并计算了燃烧室出口的燃气温度和成分。燃烧室分为基本雾化区、混合气回流区、燃烧区和燃烧产物区4个区，燃烧不不稳定性主要与燃烧室压力、燃烧室几何参数、雾化喷嘴的工作参数等有关。燃烧室出口的燃气主要由HO2、CO、CO2组成。设计的桶形燃烧室点火性能好，燃烧效率高。     

WC-10Co-4Cr涂层在不同温度酸与NaCl溶液中的耐腐蚀性能

为提高1Cr18Ni9Ti不锈钢在NaCl和酸溶液环境中的耐磨损性能,利用等离子喷涂制备两种晶粒WC-10Co-4Cr涂层,研究其在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液与酸溶液(pH=5.0)中的耐腐蚀性能。结果表明:涂层中含有WC,W_2C,W以及η相(Co_xW_xC)。两种涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电位均高于1Cr18Ni9Ti基体的腐蚀电位。在不同温度酸溶液(pH=5.0)中,纳米WC-10Co-4Cr涂层的电位差随温度的变化最小。涂层在NaCl和酸溶液中腐蚀机制分别为:WC-10Co-4Cr涂层表面吸附氧粒子与涂层中的Co和WC在3.5%NaCl溶液中形成电偶;在酸溶液中(pH=5.0),涂层中的Co溶解形成Co²⁺离子,和WC相直接形成电偶腐蚀,导致涂层表面出现孤立的WC颗粒。     

氧气含量对超音速火焰喷涂燃烧特性的影响

超音速火焰喷涂过程中,火焰特征对涂层的形成产生重要的影响,应用β-PDF(Probability DensityFunction)湍流燃烧模型对喷枪燃烧室的燃烧过程进行了数值模拟,研究了混合状态与燃烧状态之间的关系.研究表明,随着氮气含量的增加,燃气温度下降,燃烧的最高温度点向低混合分数靠近,温度梯度增大,最高理论燃烧温度从3417K下降到2000 K;燃烧过程中存在大量中间产物,随着氮气的增加,燃烧过程中大量的单质碳析出,燃烧过程向低温燃烧转化.随着氮气含量和燃油的增加,燃烧产物中CO2的含量在最高温度点附近出现最高点,H2O次之,最后生成CO,C的含量呈现逐步递增的趋势.     

超音速火焰喷涂参数及粉末粒度对WC-12Co涂层弹性模量的影响

利用多功能超音速火焰喷涂(HVO-AF)焰流温度的特点(1400~2800℃)分别在三种条件下(HVOF,HVO-AF和HVAF)制备WC-12Co涂层。用Knoop压痕法对涂层的弹性模量进行测试,并测量涂层的显微硬度。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)探讨涂层的显微结构、成分和相组成。结果表明:与微米结构涂层相比,纳米结构涂层组织均匀、致密,孔隙率低,显微硬度与弹性模量均大幅提高,其中HVO-AF状态下制备的纳米结构WC-Co涂层平均硬度与弹性模量最高,分别为1515MPa和308GPa,而HVOF与HVAF状态下的纳米WC-Co涂层平均硬度与弹性模量分别为1390MPa,286GPa和1469MPa,270GPa;HVO-AF状态下的微米结构涂层平均硬度与弹性模量为1065MPa和242GPa。在HVO-AF状态下,焰流温度适中,可有效控制纳米WC-12Co粉末的分解,测得的涂层弹性模量最高。     

粒子侵蚀条件下硅橡胶复合材料烧蚀特性研究

为研究粒子侵蚀条件下硅橡胶复合材料的烧蚀规律和特性,采用一种可调节射流和粒子浓度的氧气-煤油燃气发生器,开展了烧蚀角度为15°~45°、粒子质量浓度范围为0~3.69%条件下的烧蚀试验,获得了粒子侵蚀对烧蚀率的影响规律。通过对试样的宏观形貌和微观结构进行分析,并结合热红联用试验,分析了硅橡胶复合材料的烧蚀特性和烧蚀过程。研究结果表明：粒子浓度对硅橡胶复合材料的烧蚀率有显著影响;随着粒子浓度的增加,质量烧蚀率急剧增大;随着烧蚀角度的增加,线烧蚀率增加、质量烧蚀率降低;硅橡胶复合材料烧蚀后形成炭化层、热解层、基体3层结构;材料热分解温度范围约为516~710 ℃,主要产物是环己烷以及少量CO₂和H₂O;粒子侵蚀破坏了表面炭化层结构的完整性,引起试样表面质量迁移,并促进了材料内部的热分解。     

超音速火焰喷涂Ni-MoS_2涂层结构与性能研究

采用超音速火焰喷涂技术制备了镍包二硫化钼涂层,二硫化钼的含量约为22%,试验并分析了涂层的显微结构、硬度、结合强度、摩擦学特性,结果表明,涂层致密,孔隙率低,结合强度为13.68MPa,硬度为HRB94.5,涂层有较强的抗裂纹萌生与扩展的能力。涂层干摩擦系数约为0.25～0.32,圆柱状的磨粒分布均匀,在摩擦副中有滚子的功能,能有效地减少磨损,涂层的磨损机理为磨粒磨损。