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。     

正弦织构化表面等离子喷涂熔滴铺展成形分析

目的 分析等离子喷涂熔滴在表面织构内的铺展、凝固规律,为了解表面织构化对等离子喷涂涂层结合机制的影响以提升涂层的结合强度提供理论辅助.方法 基于Flow 3D建立熔滴填充微织构的数值模型,研究等离子喷涂熔滴填充正弦形织构的温度场及铺展成形规律,并对比分析织构边缘凸起及织构形状的影响.同时,基于激光织构化表面等离子喷涂试验,分析不同织构对涂层形貌的影响.结果 无边缘凸起织构的散热速度比有边缘凸起织构的快约0.7μs,凹坑织构的散热速度最慢,计算结束时,其最高温依然高于熔滴液相线(1728.4 K)约44.7 K.基体最高温度约1680.5 K,其主要分布于织构边缘凸起顶端、基体平面与织构内壁的拐点以及织构内壁上的凸点位置.有边缘凸起正弦织构的凝固熔滴由中间向两侧逐渐变薄,熔滴在无边缘凸起织构外部呈规则的圆盘状,凹坑织构底部存在"空腔"特征.涂层截面形貌分析发现,有边缘凸起的织构表面的涂层形貌较优,凹坑织构涂层含有较多缺陷,形貌最差.结论 镍基涂层与织构化表面为机械结合.相比凹坑织构,正弦和直线织构更有利于提高涂层的质量.织构边缘凸起的存在对提高喷涂质量也是有利的.     

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。     

晶须强化等离子喷涂涂层中的熔滴扁平化及晶须偏转行为的模拟

目的了解等离子喷涂涂层过程中的晶须偏转行为,为提高涂层的抗冲蚀性能提供新思路。方法分别采用计算流体动力学软件FLUENT和有限元分析软件ANSYS,模拟研究等离子喷涂熔滴碰撞基体后的扁平过程,以及熔滴扁平期间晶须在力矩作用下的偏转行为。结果熔滴碰撞基体后,可以观察到熔滴的扁平化过程大约持续1.5μs。在力矩从1×10-18N·m变化到3×10-18N·m时,最大偏转角度从23°增长到70°。结论通过研究熔滴形状和最大扁平速度随时间的变化,得到了扁平化完成时间。熔滴沿基体表面的最大铺展速度与碰撞速度有关。当力矩在一定范围内改变时,晶须发生偏转。     

用等离子喷涂加激光重熔方法在铝合金表面熔覆陶瓷

用等离子喷涂后激光重熔的方法，对在铝合金表面熔覆氧化铝陶瓷层的工艺进行了实验研究，实验结果表明，激光重熔处理可以显著改善等离子喷涂陶瓷层的组织结构，使涂层表面更光洁，内部更致密，涂层为由重熔层，烧结层，残余层和打底层组成的多层结构，为了获得理想的涂层，应通过控制激光处理工艺使用熔后的涂层为重熔层＋烧结层＋打底层三层结构，残余层消失而打底层不受激光作用的影响，在本研究的实验条件下，要获得这种理想结构     

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。     

附加屏蔽气体的大气等离子喷涂对热障涂层性能影响

对比研究了附加屏蔽气体的大气等离子喷涂和普通大气等离子喷涂对热障涂层组织结构和性能的影响．结果表明,附加屏蔽气体的大气等离子喷涂粘结层表面未熔或半熔粒子较少,涂层中氧化物夹杂和孔隙率降低,热障涂层在1080℃下具有更好的抗氧化性能．附加屏蔽气体的大气等离子喷涂的热障涂层具有更好的抗氧化性能的原因,在于外加保护气氛减轻了...     

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.     

反应等离子喷涂 Al2O3-TiB2-Al 复相涂层的反应机理

目的在铝合金表面制备Al2O3-TiB2-Al复合涂层,研究Al,TiO2,B2O3在等离子喷涂中的反应机理。方法采用反应等离子喷涂技术在铝合金表面制备复合涂层,应用扫描电镜与X射线衍射技术测试复合涂层的物相组成和显微组织,并通过燃烧波淬熄试验分析等离子喷涂产物。结果机械球磨可以有效降低粉末发生反应的活化能,等离子喷涂最佳飞行距离范围为150~200 mm。结论喷涂粉末在飞行过程中发生反应,经历了预热、熔化、分解、团聚等过程,验证了最终引燃发生燃烧化学反应的机理。     

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。     

Splat morphology and microstructure of plasma sprayed cast iron with different preheat substrate temperatures

A cast iron coating is a prime candidate for the surface modification of aluminum alloys for antiwear applications because cast iron is inexpensive and exhibits superior wear resistance arising from the self-lubricating properties of graphite. In the present study, fundamental aspects of a plasma sprayed cast iron coating on an aluminum alloy substrate, including (1) the effects of preheat substrate temperature on the splat morphology, (2) the formation of a reaction layer and pores, and (3) the splat microstructure, were investigated in low-pressure plasma spraying. With an increasing substrate temperature, the splat morphology changes from a splash type to a disk and star shape. Deformed substrate ridges mainly resulting from the slight surface melting, are recognized adjacent to the splat periphery at high substrate temperatures. The flattening ratio of disk splats decreases with substrate temperature because the ridges act as an obstacle for splat expansion. A reaction layer composed of iron, aluminum, and oxygen is ready to form at high substrate temperatures, which, along with the deformed ridges, improves the adhesive strength of splats. However, the pores appear at the splat interface at low substrate temperatures, which hinder the formation of a reaction layer. The amount of graphitized carbon increases in cast iron splats with an increase in substrate temperature.     

热喷涂汽车发动机气缸内壁涂层的研究进展

为了达到越来越苛刻的内燃机排放标准,减轻车身重量以降低燃油消耗是近年来车辆行业的重要发展方向之一。采用热喷涂方法在铝合金或铸铁气缸内壁喷涂减摩、耐磨并耐腐蚀的涂层代替传统铸铁缸套具有广阔的应用前景。首先介绍制备气缸内壁涂层的工艺流程,主要阐述现有制备气缸涂层的超音速火焰喷涂、电弧喷涂、大气等离子喷涂和等离子转移弧线材喷涂等工艺的原理,对不同热喷涂工艺特点进行了总结,阐明不同热喷涂方法获得的涂层结构特点。通过列举国内外车辆制造商先进热喷涂涂层的应用实例,进一步分析各类涂层的优缺点。最后提出优化喷涂参数、开发新型喷涂材料、控制涂层内应力和应对未来生物燃料是汽车气缸涂层的下一步研究方向。     

等离子喷涂高铬铸铁涂层的摩擦学性能

针对铝合金缸体内壁油性腐蚀环境中的摩擦工况,采用大气等离子喷涂制得了高铬铸铁涂层和316L不锈钢涂层,采用维氏显微硬度计、图像分析软件、台式扫描电子显微镜及热场发射扫描电子显微镜分别对显微硬度、孔隙率、涂层厚度及结构进行了测试和分析。采用球-盘式往复摩擦试验机对比研究了两种涂层与典型缸套材料HT200灰铸铁在大气环境、纯发动机油润滑环境和模拟发动机腐蚀性油润滑环境下的摩擦学性能。结果表明:高铬铸铁涂层在腐蚀性发动机油环境中表现出好的摩擦磨损性能。     

Wear-corrosion of cast iron thermal spray coating on Al alloy for automotive components

For the modification of an automotive cylinder block, two types of water-atomized cast iron powders were deposited onto an aluminum alloy substrate by atmospheric DC plasma spraying. The wear-corrosion characteristics of the coatings were investigated by means of a wear test and EIS. The pre-annealed and graphitized coating improved the wear-corrosion resistance in a deaerated 0.5M H₂SO₄ solution.     

Plasma sprayed cast iron coatings containing solid lubricant graphite and h-BN structure

Water-atomized cast iron powder of Fe-2.17 at.%C-9.93at.%Si-3.75at.%Al were deposited onto an aluminum alloy substrate by atmospheric direct current plasma spraying to improve its tribological properties. Preannealing of the cast iron powder allows the precipitation of considerable amounts of graphite structure in the powder. However, significant reduction in graphitized carbon in cast iron coatings is inevitable after plasma spraying in air atmosphere due to the in-flight burning and dissolution into molten iron droplets. Hexagonal boron nitride (h-BN) powders, which have excellent lubricating properties like graphite, were incorporated into the cast iron powder as a solid lubricant by the sintering process (1300°C) to obtain protective coatings with a low friction coefficient. The performance of each coating was evaluated using a ring-on-disk-type wear tester under a paraffin-based oil condition in an air atmosphere. A conventional cast iron liner, which had a flaky graphite embedded in the pearlitic matrix, was also tested under similar conditions for comparison. Sections of worn surfaces and debris were characterized, and the wear behavior of plasma-sprayed coatings was discussed. The original version of this paper was published in the CD ROM Thermal Spray Connects: Explore Its Surfacing Potential, International Thermal Spray Conference, sponsored by DVS, ASM International, and HW International Institute of Welding, Basel, Switzerland, May 2–4, 2005, DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf, Germany.     

涂镀合金层的铸铁齿轮耐磨损性能的研究

研究了HT250铸铁齿轮表面涂镀Ni-W和Ni-Go合金涂层的耐磨损性能.磨损试验结果表明:合金涂层能显著提高铸铁齿轮的耐磨损性能.采用电子显微镜、光学显微镜等对铸铁齿轮表面上的合金涂层的表面形貌、横截面组织、纵截面组织、显微硬度、磨损形貌特征等进行了分析.     

等离子改性工艺对含硼铸铁组织和性能的影响

针对柴油机气缸套磨损失效现象，采用高能等离子束在常压下快速扫描含硼铸铁气缸套内表面，对缸套内壁进行局部硬化改性处理，获得了高硬度淬火硬化层，分析了等离子改性对硼铸铁汽缸套表面组织的影响，研究表明，工作电流越大、扫描速度越低，硬化区表层残余奥氏体含量越少；在扫描速度不变的情况下，工作电流越大，硬化层深度越大、硬度越高；工作电流不变，扫描速度越低，硬化层深度越大、硬度越高。通过磨损实验对比，可知等离子硬化后的硼铸铁的耐磨性高于含硼铸铁基体，而含硼铸铁基体的耐磨性又高于灰铸铁。     

灰铸铁表面喷涂WC/Co涂层的磨损特性研究

用超音速火焰喷涂方法在灰口铸铁表面进行了WC/Co涂层的喷涂,对灰铸铁表面及在其上喷涂的WC/Co涂层摩擦磨损特性进行了研究。结果表明,灰铸铁表面用超音速喷涂涂层后,耐磨性大大提高,喷涂的WC/Co涂层磨损机理表现为微观剥落,而灰铸铁基底材料则表现为磨粒磨损。     

蠕墨铸铁批量化生产的刀具选型及其加工参数研究

蠕墨铸铁以其良好的强度、耐热性、耐磨性和抗疲劳性逐步取代了发动机缸体和缸盖传统使用的灰铸铁材料.实践表明,在蠕墨铸铁加工时,刀具磨损的速度是加工灰铸铁的10～20倍,机床功率也会增大10％～30％,较低的加工效率和高昂的加工成本严重阻碍了蠕墨铸铁的批量化生产.根据现场生产经验,结合刀具提供商的推荐,选用了4款不同涂层厚...     

渣浆泵过流部件用合金新材料

渣浆泵过流部件工况苛刻,延长渣浆泵过流部件的寿命成为材料工作者关注的课题。在延长使用寿命的前提下,降低贵重合金元素的用量,寻找代用的合金元素,对泵的过流件的工作表面强化可降低材料成本。渣浆泵过流部件合金新材料有高铬铸铁、超高铬铸铁、中铬铸铁、耐腐蚀合金和金属陶瓷。金属陶瓷按制备方法分为整体强化、表面处理强化,表面处理强化的手段有化学热处理、PVD气相沉积和等离子喷涂。