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。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spraywatch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律。结果表明,计算结果与实测数据基本吻合。雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化。直径为34μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×10⁶ K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅱ.工艺参数对熔滴传热过程的影响

在高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数学模型的基础上，用Fe-Al合金进行了数值计算，分析了工艺参数对熔滴传热过程的影响。结果表明，熔滴尺寸越小，在一定喷涂距离上的对流换热系数则越大、熔滴温度越高、固相分数越小、冷却速度越大；雾化气流压力和喷涂电流越大，在一定的喷涂距离上熔滴温度也就越高，熔滴中的固相分数越低，且其凝固过程也越长；熔滴的冷却速度对熔滴尺寸和喷涂距离的变化十分敏感，而对雾化气流压力和喷涂电流的变化不太敏感；Fe-Al合金熔滴的液态冷却速度达10^5～10^7K／s数量级，预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spray watch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律.结果表明,计算结果与实测数据基本吻合.雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化.直径为34 μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×106K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征.     

等离子旋转电极雾化熔滴的热量传输与凝固行为

建立了在等离子旋转电极雾化 (PREP)制取合金粉末的过程中雾化熔滴的轨道运动方程 ,讨论了雾化熔滴在凝固过程中的热量传输与凝固行为 ,并确定了定量计算换热系数所需的雾化熔滴初始速度。用数值求解方法计算了FGH95高温合金雾化熔滴在PREP过程中的速度及其在凝固过程中的温度、固相分数、冷却速率等凝固参数。结果表明 :在作者提出的工艺参数下 ,FGH95合金熔滴的冷却速率达 10 4 K/s量级以上 ,合金过热度对冷却速率的影响主要在全液态阶段 ,而冷却速率和固相分数对氩氦气体的混合比例极其敏感     

雾化气体和冷却速度对镍基合金粉末凝固特性的影响

镍基合金粉通过氩气雾化和氮气雾化制得。利用扫描电镜及其借助EDS能谱仪研究了雾化粉末的凝固微观结构特性。基于牛顿冷却模型,计算了雾化融滴的冷却速度和飞行速度。计算结果表明,雾化介质和融滴尺寸对冷却速度有影响,冷却速度也影响粉末的微观结构。对于氩气雾化粉,发达的枝晶结构在较低的冷速下获得;在较高的冷却速度下,得到混合的微观结构（枝晶和包晶）。对于氮气雾化粉,较低的冷速下得到枝晶;在较高的冷速下得到包晶。通过理论计算,氩气雾化粉末的冷却速度是10000K/s到424000 K/s,氮气雾化粉的冷却速度是10000K/s到480000 K/s。随着融滴尺寸的减小,两种雾化粉末的冷却速度则逐渐增加。元素Cr, Co, W, Ni 和 Al主要集中于晶轴,然而Ti主要集中于枝晶区域。     

雾化工艺对Al-Si合金液滴凝固组织的影响

将雾化合金液滴的传热与运动方程相耦合,对合金的冷却过程进行研究,探讨液滴尺寸、气体初始速度、熔体过热度等参数对合金冷却过程及粉末微观组织的影响,并结合A390合金进行了计算。结果表明,随着液滴尺寸减小,所获得的冷却速度及过冷度增大;当液滴尺寸足够小时,液滴温度的变化趋势及合金液滴的组织将发生突变;增加雾化气体的初始速度,降低熔体过热度,可以抑制初生相的析出,有利于细化合金的组织。     

雾化Al-Si合金液滴冷却凝固过程模拟

在群体动力学模型基础上，提出了描述雾化共晶合金液滴组织演变的数学模型，并将其与液滴的运动与传热方程相耦合，对合金的冷却凝固过程进行研究，探讨液滴尺寸对合金冷却凝固过程的影响，结合A390合金进行了计算。结果表明：随着液滴尺寸的减小，所获得的冷却速度及过冷度增大，而析出初生Si相的尺寸及体积分数减小，当液滴尺寸足够小时，液滴温度的变化趋势及微观组织将发生突变。     

Modeling of heat flow and solidification during atomization and spray deposition processing

A mathematical model of the spray deposition process, based on heat flow analysis during solidification of droplets, as well as that of the spray deposit, is presented. The heat flow during cooling of droplets is analyzed in five distinct stages. A one-dimensional heat transfer model, using a finite difference method, is used to calculate the temperature of the deposit. The results indicate that the cooling rate of a wide size range of droplets of Al-4.5 Cu alloy in the spray varies from 10³–10⁵°C s⁻¹ in contrast to a slow cooling rate of 1–10°C s⁻¹ of the spray deposit. The spray enthalpy on the deposition surface increases linearly with the melt superheat. In contrast, the atomization gas pressure does not have a significant influence on the enthalpy of the spray in this process. The cooling rate of the deposits predicted from the model compares well with those obtained by the measurements.     

Al-Pb合金雾化液滴的液-液相变动力学

对Al—Pb合金进行了气体雾化实验,得到了Pb以细小粒子形式均匀分布于基体的粉末,建立了能描述在弥散相液滴形核、扩散长大、碰撞凝并和空间迁移共同作用下雾化液滴凝固过程组织演变的模型;对凝固组织形成过程进行了计算,结果表明,模拟结果与实验结果吻合得很好;并分析了Al—Pb合金雾化液滴的凝固过程．     

Cu-13.5%Sn合金雾化液滴凝固过程模拟

在群体动力学的基础上,提出了描述Cu-13.5%Sn（质量分数）合金雾化液滴凝固过程的动力学模型;并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合,对雾化液滴的冷却凝固过程进行了模拟分析,探讨了液滴尺寸、气体初始速度、熔体过热度和初生相与异质形核基底间润湿角对液滴凝固行为的影响.模拟结果表明：本模型能够很好地描述雾化液滴的凝固过程;液滴冷却至一定温度开始形核,随后晶粒长大;液滴直径越小,冷却速度越快,液滴内晶粒数量密度就越高,凝固结束时晶粒亦越细小.形核润湿角和熔体过热度的增加,导致液滴内晶粒数量密度降低,晶粒半径增大;而气体初始速度的增加,有利于液滴内晶粒细化.     

一种制备磁性粉末的新技术--均匀颗粒成型法

采用均匀颗粒成型法（Uniform Dropler Spray-UDS）制备Fe基合金粉末，该方法制备的颗粒粒度分布均匀，性能一致，大大优于传统的粉末制备方法（如破碎法、气雾化），具有广阔的应用前景。本文分析了粉末制备过程中颗粒尺寸的影响因素，结果表明：颗粒的大小主要取决于坩埚底部小孔、坩埚内外气体压强差以及振荡频率三个独立变量。     

Al-Pb合金粉末壳型组织形成过程

对Al-Pb合金开展了高压气体雾化快速凝固实验,金相观察表明粉末表面具有一Pb富集层.建立了描述雾化液滴凝固组织演变的数学模型,模拟分析了液滴凝固过程,结果表明,富Pb表层的形成是因为在液-液相变过程中富Pb液相在雾化液滴表面发生异质形核导致的.     

顶吹转炉内金属液滴的产生、运动及传热的数学模型

本文开发了一个普适的顶吹转炉内金属液滴的产生、运动及传热的数学模型，在对炉内气体的流动、燃烧及传热研究的基础之上，引进液滴产生的分布函数，用概率模拟的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法模拟了液滴的随机产生（尺寸、位置及初速度），在Ｌａｎｇｒａｎｇｉａｎ的框架下跟踪了液滴的运动，计算了液滴的传热及温度变化，最后对所有液滴进行统计，给出了一些有实际意义的物理量（平均停留时间、平均传热量、平均上升最大高度等）的统计平均值。应用该模型计算了１８０ｔ转炉内液滴的产生、运动及传热情况，结果表明液滴在转炉内二次燃烧过程的传热中是一种重要的传热方式     

微量润滑赋能雾化与供给系统关键技术研究进展

传统金属切削液会对环保、人体健康及制造成本产生负面影响,难以满足绿色制造的发展需求。微量润滑是一种介于浇注式和干式加工的润滑剂绿色供给技术,利用压缩空气将少量可降解的生物润滑剂雾化,形成微液滴,从而起到润滑和抗磨减摩的作用。然而,尚无相关研究针对雾化微液滴精准输运技术的规律进行总结,无法为微量润滑供给参数提供科学指导。为此,综述了微量润滑赋能雾化和供给系统关键技术的研究进展。揭示了微量润滑两相流气动雾化液滴粒径和雾化锥角随供给参数的演变规律,提出了静电雾化微量润滑赋能供给新方法,分析了静电赋能雾化性能调控机制和荷电流体渗透特性,阐述了超声赋能雾化液滴均一化机理和工艺参数优化策略。进一步分析了基于流体动力学模型的刀具/砂轮–工件界面流场分布规律,阐明了喷嘴结构对液滴输运的影响规律,为喷嘴位姿参数的选取提供了理论支撑。此外,论述了喷嘴位姿参数化调控装置的研究进展,解决了润滑介质参数化供给难题。最后,展望了微量润滑复合增效和智能供给关键技术,以期为微量润滑技术的工程应用提供理论支持和技术指导。     

喷射成形过程中雾化熔滴的凝固行为

通过对高温合金喷射成形过喷粉末凝固组织的分析，结合热传输分析结果，研究了喷射形过程中雾化熔滴的生核与生长动力学行为。研究结果表明：雾化过程中以异质生核为主，先凝固小颗粒与大尺寸熔滴相碰撞而成晶核在生核机制中起重要作用，不同粒度粉末均呈快速凝固枝晶生长形态，并给出了组织细化程度与冷却速度之间的定量关系。     

高速电弧喷涂雾化气流速度的数学模型

雾化气流速度是电弧喷涂涂层性能的决定因素之一，是模拟计算熔滴速度，熔滴温度，冷却速度等参数的前提条件，通过比较文献中出现的几个数学模型，结合试验测定结果，在空气力学理论的基础上提出了高速电弧喷涂雾化气流数学模型。     

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。     

气雾化制备Pd-Ag-Cu粉末钎料的研究

研究了惰性气体雾化法制备Pd-Ag-Cu合金粉末。在喷嘴结构不变的情况下,改变过热度、雾化压力、导流管的内径,导流管伸出长度都会影响到Pd-Ag-Cu合金粉末的粒度与粉末收得率。通过调整各项工艺发参数研究发现,提高过热度和雾化压力,减小导流管内径有利于降低粉末粒度,导流管随着伸出长度的增加,粉末粒度先降低后增加。各项参数都有临界值,不能无限制增大或减小,综合调整才能达到最佳制粉效果。     

Characterization of spherical AlSi10Mg powder produced by double-nozzle gas atomization using different parameters

A self-developed double-nozzle gas atomization technique was used to produce AlSi10Mg powder. Effects of delivery tube diameter, gas pressure, and melt superheat on powder characteristics were investigated. The concepts of bluntness and outgrowth were introduced to analyze powder sphericity and satellite index quantitatively. The results showed that the median diameters of all atomized powders ranged from 25 to 33 µm. The highest yield rate (72.13%) of fine powder (<50 μm) was obtained at a superheat of 350 K. The powder size decreased with increasing melt superheat but increased with increasing delivery tube diameter. Powders with bluntness values between 96% and 98% accounted for over 60%. The outgrowth values demonstrated that 70%?85% of all powders did not contain satellite particles, with few powders adhered two or three particles. Not only Al and Si phases were present but also a metastable Al₉Si phase was detected.