基体表面粗糙度对HVOF粒子沉积行为的影响

目的 研究超音速火焰喷涂时,45#碳钢基体表面粗糙度对WC-12Co粒子在其表面的沉积变形行为的影响.方法 基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析.结果 不同45#碳钢基体表面粗糙度下,WC-12Co粒子的沉积行为存在明显差异,波峰高度与波谷深度的差异造成粒子不同程度的不规则变形.当基体表面粗糙度Ra=10.26μm时,粒子沉积位置不同将引起粒子最终沉积形貌不同,但粒子的冲击均引起波峰偏移变形,且粒子不同程度地填充弥补波谷.粒子沉积过程中,粒子中下部与粒子先接触基体处的屈服应力、等效塑性应变与温升均高于粒子顶部以及粒子后接触基体处.Ra=0μm时,粒子等效塑性程度最大,等于2.03,此时粒子温度峰值最高为1562 K,粒子-基体结合界面局部区域屈服应力迅速下降为0,但基体变形程度较低,二者结合面积有限,粒子-基体结合强度较弱.Ra=5.34μm时,粒子的屈服应力在非理想平面状态下最为稳定,且等效塑性应变与温升幅度最大,分别为1.83以及1496 K.结论 理想表面状态下,粒子屈服应力、等效塑性应变以及温度变化最佳,但粒子-基体结合面积较低,并不利于粒子沉积.非理想表面状态下,一定程度增加Ra,可促进粒子塑性变形,提升粒子温度,增大结合面积,降低粒子屈服应力,但粒子沉积形貌相比理想表面沉积形貌更加多样复杂.此外,过度增加Ra将引起波峰变形偏移,消耗大量粒子动能,粒子主要用于填充弥补波谷,等效塑性变形程度与温升幅度下降,屈服应力增加,不利于粒子沉积.     

HVOF喷涂WC-12Co粒子沉积行为分析

目的 研究不同超音速火焰喷涂条件下WC-12Co粒子在45^#碳钢基体上的沉积变形行为。方法 基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal-Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果 不同喷涂参数下,WC-12Co粒子在45^#碳钢基体上的沉积行为存在明显差异。沉积过程中,粒子等效塑性应变幅度高于基体;粒子边缘位置等效塑性应变幅度高于粒子中心轴线位置;粒子初始速度与初始温度的增加有助于提升结合界面温度与粒子扁平化程度;粒子初始温度与粒子初始速度对接触界面能量变化影响程度基本一致,单位粒子初始速度与温度提升的能量贡献比 分别为0.78以及0.76,二者的能量贡献比近似相同;适度的基体预热( =500 K)可以促进粒子变形,加深沉积坑深度,增大粒子与基体的结合面积,有助于提升粒子与基体之间的结合强度。基体过冷( =300 K)将导致粒子“翘曲”,降低粒子与基体之间的结合面积,基体过热( =600 K)将导致二者结合处于不稳定状态,易引起粒子剥落,二者均不利于粒子与基体的有效结合。结论 一定范围内提升粒子初始速度、温度与基体初始温度,可以提高粒子扁平化程度,增大粒子与基体结合面积,提升粒子与基体的结合性能,进一步提高涂层质量。     

烧蚀时间对C/C-SiC复合材料高超声速富氧环境烧蚀机制的影响

为了研究烧蚀时间对C/C-SiC复合材料在高超声速富氧环境下烧蚀机制的影响规律,采用富氧环境下的高超声速烧蚀试验技术,对“化学气相渗透+先驱体浸渍裂解”混合工艺制备的针刺C/C-SiC复合材料动态烧蚀机制进行研究,并采用电子扫描显微镜观察烧蚀表面形貌。研究表明:在极端苛刻的高超声速富氧烧蚀环境下,C/C-SiC复合材料能够短时抵抗高温、高压、高超声速燃气射流的氧化工作环境。材料经高超声速富氧烧蚀10 s、20 s、30 s、40 s及50 s后的质量烧蚀率分别为0.021 g/s、0.025 g/s、0.027 g/s、0.026 g/s与0.034 g/s。C/C-SiC复合材料在高超声速富氧环境下的动态烧蚀行为主要受热化学烧蚀与机械剥蚀两种烧蚀机制共同作用。在初始阶段,SiO₂保护膜的存在有效阻止了氧化性组分向基体内部的扩散,仅材料中心区域存在轻微热化学烧蚀;烧蚀试验中期,材料的烧蚀主要表现为热化学烧蚀与机械剥蚀联合作用,并由热化学烧蚀向机械剥蚀呈渐变性转变;烧蚀试验后期,基体的深度反应使得材料的烧蚀主要表现为纤维与基体的大面积片状剥落。