侧吹辅助气流对激光深熔焊接光致等离子体的影响

为研究侧吹辅助气流对激光焊接光致等离子体的影响及其机理,利用CCD高速摄影研究了不同侧吹条件下激光深熔焊接过程中光致等离子体形态的变化,建立了模拟激光深熔焊接过程气体流场的二维可压缩模型,计算了侧吹喷嘴高度和侧吹流速的变化对激光焊接光致等离子体的影响.结果表明,侧吹喷嘴高度和侧吹流速的变化对光致等离子体行为和焊缝形貌有显著的影响;侧吹气体的冷却作用及其对向上喷射的炽热等离子体云团的"压制"作用是侧吹气体能够有效抑制光致等离子体的重要原因.     

采用磁桶和同心等离子体源及材料源的等离子体淀积方法及设备

将导电金属涂敷材料从磁控溅射靶上溅射出来，利用带有射频能量的高密度等离子体使溅射出的导电金属涂敷材料在真空处理空间内离子化，射频耦合能量来自线圈，线圈位于真空室外面、绝缘窗后面，真空室壁面上的绝缘窗位于溅射靶的开口的中央位置。真空室的压强为10—100毫乇。磁桶由永磁铁所组成的磁铁阵列形成，在真空室壁面后面，产生一个多磁力线交点的磁场，推斥来自等离子体、朝着真空室壁面方向运动的带电粒子，从而，增强了对等离子体的约束，提高了等离子体密度、等离子体的均匀性及涂敷材料的离子化比例。     

低功率等离子体炬生产钛合金粉末的理论与实验研究

探讨使用低功率等离子体炬生产钛合金金属粉末的可能性.设计一种氩气直流非转移电弧等离子体炬,并对其等离子体射流特性和导线温度进行数值分析.喷嘴附件内的最高射流速度为838～1178 m/s,不同气体流速下顶点处的射流速度为494～645 m/s.等离子体气体流速对有效等离子体射流长度无显著影响.利用等离子体射流的温度和速...     

侧吹气体喷嘴位置对光致等离子体尺寸特征的影响

高功率CO2激光焊接过程中侧吹气体喷嘴位置及角度变化会对光致等离子体的尺寸特征产生影响。本文基于计算流体动力学,建立了二维非稳态模型,计算不同喷嘴位置、喷嘴角度下气体在工件表面产生的压力、水平气体流速和保护气体在整个环境氛围中所占的比率,指出利于抑制等离子体的气体喷嘴位置最佳区间,并设计了基于十字型激光的喷嘴位置快速定位装置。实验结果表明,侧吹气体喷嘴的位置及角度在工业生产中具有很重要的作用,适当的喷嘴位置配合较小的保护气体流量同样可以达到抑制等离子体保证焊接质量的效果,同时可以降低成本,节约资源。     

淬火槽中介质流速的测量及流速场的模拟

为了研究淬火槽中流速场的分布状态 ,提高流体均匀性 ,采用超声波多普勒流速测定仪对螺旋桨搅拌状态下的介质流速进行了测量 ,用有限元法对流速场进行了模拟 ,并根据模拟结果对均流片的设置进行了改进。结果表明 ,试验选用的超声波多普勒流速测定仪及其测量方法适合于测量工业淬火槽的介质流速 ;流速场的模拟可以用于指导淬火槽流速场均匀性的设计     

横向交变磁场作用下的等离子体弧特性分析

以外加横向交变磁场作用下的等离子体弧为研究对象,建立了等离子体弧摆动幅度和热流密度分布的数学模型.对横向交变磁约束下的等离子体弧射流特性进行理论研究,并分析工艺参数和励磁强度对横向交变磁约束等离子体弧形态和特性的影响规律.结果表明,横向交变磁场可有效控制等离子体弧形态和位置,等离子体弧在横向交变磁场作用下,分布范围增大、热流密度梯度减小.其摆动幅度随磁场强度的增加而增大,但过高的磁场强度会使等离子体弧变得不稳定;相同励磁强度下,气流量和弧电流越小、喷嘴到工件的距离越大,则摆动幅度越大;而工件表面的等离子体弧热流密度分布随励磁强度的增强趋于平坦化;相同励磁条件下,热流密度峰值随气体流量和弧电流的增大而增大、随喷嘴到工件距离的增大而减小.     

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)等离子体 放电时空特性研究进展

高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）放电凭借着高离化率优势,已经成为物理气相沉积（PVD）领域的核心技术。鉴于HiPIMS放电具有复杂的物理场配置和兆瓦级的峰值功率,其产生的不均匀等离子体严重影响着薄膜的性能。从HiPIMS放电等离子体的时间和空间特性角度出发,结合放电靶电流、等离子体阻抗、离子饱和电流的特性,以及各种粒子在不同时刻和空间位点对应的相互作用和运动轨迹,综述了近年来国际上关于HiPIMS脉冲放电过程中等离子体参数的时空演变特性以及脉冲等离子体动力学行为,主要包含了等离子体物理量的时间演变规律,复杂物理场的空间分布行为,粒子密度、能量的扩散传输机制,靶材粒子离化程度的表征方法等,并全面地叙述了气体原子稀释效应、气体循环、双极扩散、等离子体波、旋转的spoke等不稳定传输特性。此外,依据等离子体时空特性,总结出HiPIMS放电沉积速率低的内因,介绍了提高沉积速率的方法和机理。最后,指出了目前关于HiPIMS时空特性研究方面存在的问题和发展方向。     

层流等离子体射流铝合金表面熔覆层中颗粒分布

采用层流等离子体射流在ZL104铝合金表面制备SiCp／Al-Si复合材料熔覆层。结果表明，熔覆层中SiCp颗粒与基体结合良好，但在熔覆层上颗粒分布不均匀，而且多数分布在枝状晶界上。通过提高层流等离子体射流扫描速度，可以显著提高SiCp颗粒在熔覆层中的均匀性。     

大气压层流等离子体射流特性及其用于材料表面处理的效果

在大气压条件下产生出能量衰减慢且分布均匀、噪音小的氩和氮氩混合气的层流等离子体射流。与湍流等离子体射流相比,由于对周围冷气体卷吸减少,层流射流在喷射方向的长度可增长６倍。试验表明,只有采用结构合理的等离子枪,综合调控供气和电参数条件,抑制气流的脉动和抖动,才能形成层流等离子体射流。结合数值计算对等离了体气流温度分布的定性分析,说明层流情况下射流径向能量分布集中,轴向温度变化平缓,有利于材料表面处理     

大气下热喷涂等离子体电子密度的光谱诊断

利用直流电弧放电装置产生了大气压下热喷涂等离子体,采用原子发射光谱法测量热喷涂等离子体射流中的辐射强度.通过Stark展宽法,使用ArΙ谱线在430 nm处的Δλ_1/2(谱线的半宽高)对大气压力下热喷涂等离子体射流中电子密度进行计算,研究了不同氩气流量及不同输入功率对等离子体电子密度的影响;同时使用Saha方程计算氩等离子体的电离程度,研究气体流量和电流与氩等离子体电离程度的关系.结果表明,电子密度和电离程度随着等离子体喷枪输入功率的增加而增加,而随着气体流量增加时,电子密度略有增加而电离程度会减少.     

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。     

等离子喷枪的注气方式对电弧不稳定性的影响

基于局域热力学平衡假设,建立三维非稳态的磁流体动力学模型,在给定气流量和工作电流的条件下,采用数值模拟方法研究不同注气方式对直流非转移弧等离子喷枪内Ar-H2等离子电弧的波动行为和等离子特性的影响。结果表明,与直流进气相比较,采用旋转方式进气时,喷枪内等离子体流的流线呈现出明显的螺旋状分布,电弧波动信号呈现出更高的平均电压和较高波动频率,电弧附着随时间变化呈现出圆周运动现象;喷枪内等离子体的最大温度出现在阴极尖端附近,采用旋转方式注气时等离子平均最大温度较低,而等离子体的速度沿中心轴方向呈现出先增加后减小的趋势。喷枪出口处等离子体的温度与速度同样显示出波动分布,两种进气方式得到的温度分布基本相似,采用旋转方式注气时等离子平均最大速度分布相对较高。     

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。     

Three Dimensional Modeling of the Plasma Spray Process

Results of simulations of three-dimensional (3D) temperature and flow fields inside and outside of a DC arc plasma torch in steady state are presented with transverse particle and carrier gas injection into the plasma jet. The results show that an increase of the gas flow rate at constant current moves the anode arc root further downstream leading to higher enthalpy and velocity at the exit of the torch anode, and stronger mixing effects in the jet region. An increase of the arc current with constant gas flow rate shortens the arc, but increases the enthalpy and velocity at the exit of the torch nozzle, and leads to longer jets. 3D features of the plasma jet due to the 3D starting conditions at the torch exit and, in particular, due to the transverse carrier gas and particle injection, as well as 3D trajectories and heating histories of sprayed particles are also discussed.     

面向等离子熔射成形技术的粉末飞行特性数值分析

粉末在射流场中飞行特性是影响熔射成形件质量的重要因素。通过所建立的粉末与射流相互作用的动量和能量传递方程，应用有限差分法，模拟计算和分析了粉末速度与温度分布规律及其对成形件质量的影响。结果表明：①粒径及密度越小，加(减)速度越快，而到达原模时的速度则不同；②热传导性越差，粒径越大，极值温度则越小，且逐渐向原模方向偏移；③粉末的力学行为和加热特性的匹配，可进一步提高熔射成形件质量。模拟结果为实现熔射成形质量控制及参数优化，提供了理论依据。     

低压直流电弧等离子体传热与流动的数值模拟

根据低压等离子体喷涂所使用的F4-VB喷枪结构,建立了三维稳态湍流模型,采用Fluent软件对104 Pa低压条件下等离子体喷涂过程中等离子体的温度、速度和压强分布进行了模拟。结果表明:阴极尖端附近的等离子体温度达到最高值29 000K,随后温度降低。等离子体速度在喷枪内急速上升,离开喷枪出口约0.01m时达到最大值6 100m/s,随后速度降低。等离子体在距离喷枪出口附近约0.07m以内经历了膨胀和压缩过程,等离子体的膨胀和压缩对速度和温度的变化有显著影响。     

Plasma spraying using Ar-He-H2 gas mixtures

In plasma spraying, the properties of the plasma-forming gas largely control the characteristics of the plasma jet and the momentum, heat, and mass transfers to the particles injected in the flow. The objective of this work was to investigate the effect of gas composition on the static and dynamic behaviors of the plasma jet. The latter behaviors were investigated from measurements of arc voltage and plasma jet velocity. Ternary gas mixtures of argon, helium, and hydrogen were used. The results were expressed as correlations between arc voltage and flow velocity, and the operating parameters of the gun for a specific nozzle diameter.