等离子熔射过程数据挖掘技术及智能控制策略

结合图像处理与模式识别技术提取等离子射流的形态特征,采用射流狭长度对其进行表征.采用数据挖掘技术将等离子弧电流、电压参数和射流狭长度特征进行聚类分析,构造对等离子熔射过程中射流发生子系统进行智能化控制的知识库.根据涂层的残余应力、孔隙率和硬度等主要性能参数以及微观组织结构对分类结果进行质量评判,生成工艺参数到最佳分类的推理规则集,从而实现了对工艺参数—射流形态—涂层性能之间关联关系的研究.基于规则库监督多模型自适应控制系统结构,提出了一种等离子射流发生子系统的智能化控制策略.     

等离子熔射制模过程中工艺参数的实验研究

开展了等离子熔射制模过程中主要工艺参数对熔射层质量影响规律的实验研究。通过改变等离子熔射过程中的工艺参数，得出熔射功率：熔射扫描间距和熔射扫描速度等主要工艺参数对等离子熔射层残余应力、孔隙率的影响规律，从而为建立合理的等离子熔射制模工艺提供了依据。     

等离子熔射皮膜温度分布在线监控与过程诊断

采用红外测温仪与热像仪相结合的现场红外诊断方法对等离子熔射过程中基体/皮膜温度进行在线监控与过程诊断,分析了皮膜温度的变化规律,并对皮膜破坏现象进行诊断.试验结果表明:皮膜破坏一般发生在预热后基体表面温度较高区域及其与临近温度偏低区域之间的过渡区域;温度曲线中皮膜破坏区域对应的温度极大值要比临近区域平均温度高30～50℃,甚至更高.因此该方法为等离子熔射成形质量控制提供了一种可行途径,同时试验结果也为皮膜温度监控确定了皮膜破坏预警信息与核心监控区域.     

等离子熔射成形法制造陶瓷零件基础研究

提出用等离子熔射成形法制造陶瓷零件的设想，论述该成形方法的基本原理与步骤。以Al2O3·TiO2粉末为例．用实验证实上述设想可行性．并讨论与之相关的问题.     

基于等离子熔射成形的快速制模实验研究

研究了等离子喷涂法快速制作具有复杂、精密图案的模具型腔的新工艺 ,获得了满意的实验结果 ,分析了制作过程中的主要影响因素。     

等离子熔射皮膜破坏温度场诊断

应用红外热像仪获取等离子熔射过程中基体与皮膜发生破坏时的温度场,对比分析皮膜破坏发生区域.然后从通过破坏区域的直线上的温度变化曲线,深入分析该区域的温度波动.实验结果表明:皮膜破坏一般发生在预热后基体温度较高区域和温度较高区域向临近温度偏低区域过渡部位;温度曲线中,皮膜破坏区域对应的温度极大值要高于临近区域平均温度30℃～50℃或者更高.实验结果为等离子熔射过程中皮膜温度监控确定了皮膜破坏预警信息和核心目标监控区域.     

铁基合金粉末等离子熔射成形制件的氧化处理

针对铁基合金粉末等离子熔射成形制件表面耐腐蚀性差的问题,结合其成分及微观结构的特点,着重研究了该类零件的氧化处理工艺,并讨论了相关问题。     

基于多层ANN的机器人等离子熔射智能化模型

分析了机器人等离子熔射过程的神经网络模型的实现方法,基于多层人工神经网络(antificial neural network,ANN)建立了等离子熔射过程的智能化模型.基于该模型,系统研究了等离子弧电流、熔射距离、机器人扫描间距和速度对主要涂层性能参数-残余应力和孔隙率的影响规律,并通过试验数据库的学习对涂层性能参数进行预测.结果表明,模型预测结果与试验结果有着很好的吻合,解决了工艺试验结果中仅有离散数据且难以全面反映等离子熔射工艺参数一涂层性能之间复杂非线性关系的难题.

Abstract：

The implementation of multi-layer artificial neural networks (ANNs) in robotic plasma spraying was discussed and an intelligent process model was constructed to fully describe the relationships between process parameters and coating properties. Influences of plasma arc current, spray distance, robot scanning space and scanning velocity on coating properties, i.e. residual stress and porosity, were systematically studied based on the present model. Prediction can be effectively carried out after the learning of the experimental database. Theoretical analysis shows the prediction results agree well with the experiments. It is favorable to fully investigate the complex and nonlinear relationships between processing parameters and coating properties as well as to overcome the limited information indicated by the discrete variable in the processing results.     

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。     

等离子熔射快速制造摩托车护罩覆盖件硬模的研究

概述了快速制模技术的几种应用形式，介绍了等离子熔射快速制造金属硬模具的工艺方法，并试制了摩托车护罩覆盖件模具进行注射试验。试验结果表明，该方法制作的模具具有表面硬度高、质量好、工艺简单等特点，适用于汽车、摩托车行业的模具快速制造及新产品试制。     

不同阴极材料对PS-PVD等离子射流的影响

目的 探究热阴极材料对先进等离子物理气相沉积(PS-PVD)射流的影响.方法 分别采用铈钨、钍钨和镧钨材料制备大功率等离子喷枪阴极,在相同工艺条件下制备涂层,采用光学发射光谱仪(OES)检测无送粉和送粉状态下的等离子射流光谱强度,分别评价射流的能量场分布及稳定性,通过扫描电子显微镜对涂层微观形貌进行观察和分析.结果 在无送粉状态下,使用镧钨阴极时射流中的ArⅠ和HeⅠ特征峰强度在400～1000 mm之间最高,在1000 mm后显著降低;使用钍钨阴极时,轴向中心ArⅠ特征峰强度逐渐升至1000 mm处,之后缓慢下降,HeⅠ特征峰强度的下降速度较快;使用铈钨阴极时,从600～1200 mm,ArⅠ特征峰强度衰减得最缓慢,HeⅠ特征峰的强度逐渐提高;射流光谱强度波动幅度从大到小的顺序为铈钨、钍钨、镧钨;在送粉状态下,在强度峰值区域,钍钨阴极激发射流中不同元素的光谱强度最高,镧钨和铈钨阴极激发射流光谱强度接近,在射流轴线上方均为铈钨阴极的射流光谱强度最高;在高浓度气相区内,钍钨阴极所制备涂层以高气相比例沉积为主,枝晶生长发达,铈钨和镧钨阴极制备涂层柱间出现了较多的球形冷凝颗粒.结论 镧钨阴极产生的射流在轴向400～1000 mm范围内的能量强度最高,射流稳定性最好,但在1000 mm之后存在较大的轴向和径向(HeⅠ)能量衰减,其最优喷涂距离应大于等于1000 mm;钍钨阴极产生的射流在轴向400～1000 mm区域内的能量强度和稳定性低于镧钨阴极,但大于1000 mm射流能量强度衰减的速度较慢;铈钨阴极产生的射流在轴向600～1200 mm之间的能量强度衰减最小,且轴向和径向均表现出宽域的能量和气相分布特征,但射流稳定性不足.     

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。     

Quality control of the intrinsic deposition efficiency from the controls of the splat morphologies and the deposit microstructure

A simple heuristic model was developed to demonstrate the major characteristics of impinging particles prior to impact and during the spreading stages. It is based on the determination of transfer functions be-tween the powder particle size distribution and splat equivalent diameter distributions. The input data consist mainly of the aforementioned distributions, determined experimentally using a particle size ana-lyzer for powder particle size analysis and the wipe test for splat equivalent diameter analysis. Output data relate to the major characteristics of the impinging particles: flattening degree, intrinsic deposition efficiency, impact velocity, etc. Comparisons of the model predictions with experimental data showed rea-sonable agreement. Implementation of this simple protocol provides understanding of interactions dur-ing the process and also has technological and economical impacts. It permits quality control (QC) of deposition efficiency by control of splat morphologies and aids in the definition of specifications for the powders used (for example, in terms of the lower and upper limits of the particle size distribution leading to the formation of a deposit with given processing parameters) allowing the optimization of the spray pa-rameters to obtain high-integrity deposits.     

Diagnostics in plasma spraying techniques

The paper presents three innovative diagnostics for application to the plasma spraying process. With plasma computer tomography, the plasma jet is investigated by recording its radiation under several directions. The laser-based particle shape imaging technique is applied for determining dynamic and geometric parameters of spray particles within the plasma jet. The particle flux imaging method, which allows the characterisation of the total process except the formation of the coating, can be used for process monitoring and quality control.     

等离子喷涂设备的现状与进展

简要介绍了等离子喷涂设备的现状和发展概况,分析了等离子喷涂电源和等离子喷枪的研究进展,表明等离子喷涂设备正向大功率小型化和等离子喷枪的高效大功率化发展,逆变化是等离子喷涂电源的发展方向。     

纳米和微米ZrB2-SiC粉末对涂层高温抗氧化性能的影响

选用纳米团聚粉末和常规微米商用ZrB_2-SiC粉末,利用超音速等离子喷涂在310S耐热不锈钢基体上制备高温抗氧化ZrB_2-SiC复合涂层。采用XRD、SEM、EDS分析涂层组织结构;拉伸法测定涂层结合强度;静态高温氧化法表征涂层抗高温氧化性能。优化了喷涂距离,研究纳米和微米ZrB_2-SiC粉末对涂层形貌、组织结构及性能的影响。结果表明:纳米团聚粉末(n-ZS)涂层表面孔隙和微裂纹较微米商用粉末(m-ZS)涂层大幅减少,涂层更为致密;n-ZS涂层结合强度达到44.6 MPa,较m-ZS涂层提升了约67%;经过1 100℃、50 h的高温氧化试验,n-ZS涂层增重明显低于m-ZS涂层,氧化倾向低,具有更好的高温抗氧化能力。     

喷涂距离对等离子喷涂WC-12Co涂层抗冲蚀磨损性能的影响

为提高WC-12Co涂层抗冲蚀磨损性能,在Q235钢基体上采用大气等离子喷涂(APS)方法制备WC-12Co涂层,研究了喷涂距离对粒子温度与速度、涂层组织结构、力学性能及抗冲蚀磨损性能的影响。结果表明:喷涂距离对涂层质量影响较为明显,喷涂距离为130 mm时涂层质量较好,粒子速度与温度达到较好的配合,涂层抗冲蚀磨损能力较强。喷涂距离为120 mm与140 mm时涂层抗冲蚀磨损能力较差。550μm(30目)沙粒直径对涂层冲蚀磨损量大,沙粒速度为15.68 m/s比13.33 m/s沙粒速度冲蚀磨损量大;冲蚀角为60°时冲蚀磨损量最大,30°冲蚀磨损量最小。     

喷涂工艺参数对硅灰石涂层结构的影响

采用等离子喷涂方法,在不同喷涂距离、主气流量和喷涂功率下制备硅灰石涂层.使用扫描电镜观察了涂层的微观形貌,研究了喷涂工艺参数对涂层结构的影响.结果表明,在较大主气流量下,随着喷涂距离增加,涂层粒子扁平化程度降低,涂层内孔隙逐渐增多;在较小主气流量下,涂层粒子扁平化程度随喷涂距离增加呈现先增加后减小的趋势.主气流量增加,涂层致密,粒子扁平充分.喷涂功率增加,粒子熔化好,涂层致密;但随喷涂功率进一步增加,涂层中出现较多的圆形孔隙.喷涂工艺参数对涂层结构的影响主要通过影响熔融粒子的温度和速度所致.     

气体放电热源喷涂技术的数值模拟研究现状∗

热喷涂技术是表面工程领域中极为重要的一种装备强化修复技术,其中以气体放电形式为热源的喷涂技术包括等离子喷涂和电弧喷涂,两者更是占据热喷涂领域的绝大市场份额,采用数值模拟可以解决一些在试验上较为棘手的重点研究问题, 如等离子体流场和熔滴传热传质行为等,以期实现工艺参数的准确调控和优异涂层的制备。研究电弧及等离子喷涂模拟的模型差异化问题及流场速度、温度、电磁性质,归纳相关模拟的发展历程,并调查试验与模拟的吻合程度。结果表明：电弧喷涂中丝材原料会使阴阳极产生温度差,水平速度分布较发散,熔滴模型也多未考虑熔滴群间相互作用;等离子喷涂研究中常用的三维瞬态双温模型已十分贴近实际工况,对熔滴飞行中的加热、加速过程及破碎行为的研究已较为完备,但仍存在湍流模型计算精度不够、对鞘层弧柱区的研究不够深入等问题。后续应重点在电弧喷涂多液滴模型、等离子体电磁作用和等离子丝材喷涂工艺的数值模拟等方面进行深入研究。     

The characteristics of a low-power-consumption plasma jet and ceramic coatings

The effects of the composition of plasma gases (Ar-N₂, Ar-H₂), arc current, and voltage on the temperature and velocity of a low-power (5 kW) plasma torch in the arc field free region has been investigated using an enthalpy probe. Coatings of Al₂O₃-13TiO₂ were deposited under different conditions. The results show that in the Ar-N₂ plasma, the enthalpy, temperature, and velocity change little with arc current and voltage when regulating the nitrogen proportion in the plasma gas. The hardness of the resulting coatings is 800 to 900 kg/mm² HV.300. For Ar-H₂ plasma, however, increases in the H₂ content in the mixture of the gases remarkably enhanced the velocity and heat transfer ability of the plasma jet, with the result that the coatings showed high hardness up to 1200 HV.