铜铝/镍石墨封严涂层颗粒飞行参数与涂层性能关系研究

本文采用DPV-EVOLUTION对铜铝/镍石墨喷涂过程进行在线监测,测定了在典型喷涂工艺参数下,飞行粒子的温度,速度和流量等特性参数,研究了飞行粒子参数随着喷涂工艺参数变化的关系,分析了粒子飞行参数与涂层性能的关系。结果表明:随着喷涂距离的增加,颗粒获得更好的熔化效果,涂层的孔隙率降低,硬度和结合强度升高;随着送粉速率的增加,颗粒整体的温度、速度均降低,流量增加,其熔化效果下降,并且颗粒之间堆叠搭接产生孔隙的几率增大,因此涂层的孔隙率升高,硬度和结合强度降低。     

喷涂工艺参数对铝硅氮化硼封严涂层组织及性能的影响

采用大气等离子喷涂方法制备了铝硅氮化硼封严涂层,通过对涂层显微结构、硬度、结合强度和飞行粒子状态的研究,分析了喷涂工艺参数(功率22～34kW、送粉量30～50g/min及喷涂距离90～150mm)的变化对涂层组织和性能的影响规律。研究结果表明:随着功率的增加,飞行粒子温度和速度均增加,涂层的孔隙率和BN含量降低,硬度和结合强度提高;随送粉量增加,粒子温度和速度均减小,涂层孔隙率和BN含量增加,硬度和结合强度降低;随着喷涂距离的增加,粒子飞行速度降低的影响大于温度升高的影响,导致涂层孔隙率和BN含量提高,硬度和结合强度降低。     

基于在线监测的可磨耗涂层喷涂参数优化研究

本文通过在线监测诊断工具, 采集测试了低压等离子体射流中 CoNiCrAlY 飞行粒子速度和温度变化规律, 选定电流 I、 喷涂距离 d、 主气 Q 及辅气 q 四种主要工艺参数作为试验因素, 通过正交试验法优化了 CoNiCrAlY 粉末材料低压等离子喷涂工艺参数。 采用光学显微镜、 扫描电镜、 涂层表面洛氏硬度计等对涂层金相组织、 显微 硬度、 拉伸结合强度等性能进行表征。 结果表明, 采用优化后工艺参数制备的涂层, 显微组织粉末熔化充分, 涂 层组织致密; 涂层结合强度提高 11.8%、 显微硬度提高 17.1%; 涂层经 1000 ℃保温 0~300 h 热稳定后, 其室温硬 度有降低、 高温硬度有升高的趋势, 高温硬度明显低于室温硬度。     

超音速等离子喷涂的NiCr-Cr_3C_2粒子特性对涂层性能的影响

采用超音速等离子喷涂法在调质45钢表面制备NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层,利用Spray Watch系统对喷涂过程中NiCr-Cr3C2粒子的分布状态、温度及速度等特性进行短时短距离的监测;并通过改变喷涂距离来改变喷涂粒子的特性,研究粒子特性对涂层的孔隙率、硬度与摩擦性能的影响。结果表明,在喷涂距离为90~120mm范围内,粒子的速度与温度都相对较高,在喷涂距离为110mm时,粒子的最大速度达到530m/s,平均温度为2180℃。粒子温度过高或过低都不利于获得高质量涂层,但粒子速度越大,涂层质量越好。在喷涂距离为110mm时,由于粒子速度大(平均为452m/s)、温度适中(平均温度为2180℃),沉积的NiCr-Cr3C2涂层结构致密,显微缺陷较少,具有较高的显微硬度和较低的孔隙率,分别为986HV0.3和0.96%,并且摩擦性能较好,摩擦因数和磨损量都最小。     

基体温度对超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层性能的影响

采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在316L不锈钢基体上制备Ni Cr-Cr3C2涂层,探讨了不同基体预热温度对涂层结构性能的影响。通过金相显微镜、维氏硬度测试、洛氏压痕分析、热震等方法对Ni Cr-Cr3C2粉体形貌、基体-涂层硬度分布及其界面结合情况、涂层热疲劳性能等进行表征分析,采用XRD方法分析了不同基体温度条件下涂层的表面残余应力。结果表明,随基体温度上升,喷涂粒子扁平化程度加大,沉积率略有提高,界面结合更加致密,涂层残余应力降低,基体温度为200℃时,涂层与基体的结合性能最佳。     

超音速等离子喷涂Fe基非晶工艺与涂层特点

本文采用自主研发的高效能超音速等离子喷涂系统(HEPJet)制备了Fe基非晶合金涂层,以非晶含量为评价指标,通过正交法优化了喷涂工艺参数。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)等手段对涂层的组织结构和非晶含量进行了分析研究,并测定了涂层的孔隙率、显微硬度、结合强度、沉积效率等常规性能和指标。分析了影响涂层非晶含量高低的主要原因,并提出了相应措施。结果表明:超音速等离子喷涂射流的高温、高速,且温度和速度可大范围调节的特点有利于对材料急热急冷,在涂层中保持或进而提高原粉体材料中的非晶含量,涂层的综合性能优于超音速火焰喷涂(HVOF)制备的Fe基非晶涂层。     

超音速火焰喷涂工艺对WC-CoCr涂层的力学性能影响研究

采用超音速火焰喷涂（HVOF）在调质45钢表面制备WC-CoCr涂层,调节不同喷涂工艺制备3种涂层.运用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）手段及LeiCa DMIMR图像分析系统对所制备涂层的组织形貌和成份进行表征与分析;并利用显微硬度仪对涂层的力学性能进行表征.结果表明：WC-CoCr涂层的孔隙率随着喷涂距离的增加而减小,进一步增加时涂层的孔隙率反而增大,涂层的显微硬度也随着喷涂距离的增加而减小,喷涂距离为370时其显微硬度达到最优,显微硬度值为1477.61HV0.3.通过以上工艺对比分析可知喷涂距离对涂层的性能影响较大.     

冷喷涂Inconel 718高温合金涂层组织及微观硬度

采用冷喷涂技术在马氏体钢表面制备了Inconel 718高温合金涂层,利用SEM、显微硬度计和纳米压痕仪分析了涂层组织和微观硬度。结果表明,涂层厚度可达300μm以上,与基底界面结合良好,底部、中部和顶部涂层微观缺陷数量和尺寸依次增多;冷喷涂沉积过程不会对Inconel 718高温合金粒子的原始组织结构产生显著影响,沉积后粒子的外部轮廓发生了明显的扭曲变形,而心部变形较小;涂层底部、中部和顶部的显微硬度依次降低,与底部涂层相比,中部和顶部涂层显微硬度分别降低10%和21%;涂层平均纳米硬度较原始粒子显著降低,底部和顶部涂层分别降低13.5%和28%;涂层内部微观缺陷分布是影响涂层整体硬度的重要因素。     

工艺参数对大气等离子喷涂Al_2O_3-40%TiO_2涂层性能影响

基于涂层的显微硬度、孔隙率和断裂韧性,利用四因素三水平正交试验并结合极差分析方法,对大气等离子喷涂Al2O3-40%Ti O2陶瓷涂层的喷涂电压、喷涂电流、主气流量、喷涂距离等4个工艺参数进行优化。结果表明:4个工艺参数因素相互交错影响着涂层的性能,且喷涂距离对涂层显微硬度影响较大,喷涂电压对涂层的孔隙率、断裂韧性有明显影响,对涂层的综合性能评分影响顺序是:喷涂电流喷涂距离主气流量喷涂电压;优化的最佳工艺参数:喷涂电压为65V,喷涂电流为500A,主气流量为30L/min,喷涂距离为90mm;最优工艺参数制备的涂层显微硬度为1036.73HV0.1,孔隙率为0.9%,断裂韧性为19.87MPa?m1/2,涂层的结合强度为37.8MPa。     

超音速火焰喷涂WC-12Co涂层工艺优化

为了进一步优化JP5000超音速火焰喷涂WC-12Co涂层的制备工艺,本文采用四因素三水平正交实验方法研究了喷涂距离、煤油流量、氧气流量和送粉量等四个主要工艺参数对WC-12Co涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:煤油流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,氧气流量与喷涂距离次之,送粉量的影响较小;本次试验得到的优化工艺参数为喷涂距离380mm、煤油流量22.5L/h、氧气流量2050SCFH、送粉量5.5r/min。在此工艺参数下制备的WC-12Co涂层,其孔隙率为0.33%,显微硬度为1392HV300。     

微波连续加热吸收剂处理烧结低浓度烟气的研究

 探讨了微波连续加热吸收剂处理烧结低浓度烟气实验时气体流量、微波功率、吸附剂质量、配比、粒径、烟气含水量、反应温度等实验因素对烟气脱硫、脱氮率的影响。实验结果表明,气体流量、微波功率和反应温度对脱硫、脱氮率影响较大。同时对吸收剂在微波连续加热下处理二氧化硫和氮氧化物进行了机理分析。     

铜闪速炉悬浮熔炼反应过程机理的研究(Ⅱ)——粒子脉动碰撞模型

在总结前人闪速熔炼反应模型——粒子分裂模型和两粒子碰撞模型的基础上,根据对金隆闪速炉反应塔工艺物料颗粒高温急冷试样的分析结果,通过从微粒运动学、两相流体力学以及统计分析和归纳等方面的论证,提出了闪速熔炼过程反应模型——粒子脉动碰撞模型(简称PPC Model),认为:在闪速炉反应塔不同高度上,精矿粒子的分裂和颗粒群内粒子脉动碰撞过程同时存在;精矿粒子脉动是粒子碰撞聚合主要原因;随着氧化反应的进行,在颗粒中心形成熔融硫化物和SO_2气泡,颗粒外表面是多孔的氧化铁壳;熔融核中气相的生成促使粒子分裂和脉动,当地氧气浓度和温度越高,这一过程越强烈;反应塔中由于粒子的大小、粒子的成分、粒子的周围的氧气浓度和粒子温度的不同,导致各粒子之间的氧化程度差别极大;过氧化粒子在反应塔中下降时,它们彼此之间、或者与反应慢的欠氧化粒子相碰撞,聚合长大,同时过氧化颗粒被欠氧化粒子还原。     

COREX 3000竖炉布料的离散元模型

 竖炉内煤气流的分布主宰着其内温度分布、煤气利用率和金属化率的高低,其上部调节方式仅有布料模式。通过引入离散颗粒动力学理论,基于经典牛顿力学和颗粒碰撞软球模型建立了针对COREX 3000竖炉布料过程的离散元数值模拟模型,模型直观可视化再现装料过程,可定量获得料流轨迹、炉料落点及形成料堆的过程。应用模型进一步分析混装2种不同粒径颗粒,获得了炉料运动及形成的料堆过程,发现混装布料过程粒度偏析严重。建立的模型可为寻找和优化合理的布料模式提供重要研究基础。     

用于CO2捕集的新型石灰煅烧过程的数值分析

常规石灰煅烧工艺中燃料在煅烧窑内燃烧,石灰石分解所释放的二氧化碳（CO₂）与烟气混合,CO₂捕集需进行气体分离。而采用CO₂作为循环载气加热石灰石料块的新型煅烧过程,可避免上述混合问题,从而实现直接捕集石灰石分解产生的CO₂。基于CO₂加热的新型煅烧过程与常规工艺煅烧过程有较大不同,为深入理解新型煅烧过程并对其进行准确设计和有效优化,建立了基于CO₂加热的石灰煅烧过程的数学模型。基于模型对一台产量为200 t·d?1的煅烧窑进行了模拟计算,获得了气固温差、气相流量、气相温度、料块表面温度、反应界面温度和转化率等关键参数在煅烧窑中的分布情况,并分析了进气温度、进气流量和料块半径三个工况参数对煅烧过程的影响。      

真空气雾化参数对粉末粒度及形貌的影响研究

对雾化压力、雾化气体温度等雾化参数对粉末粒度、形貌的影响进行了研究。试验结果表明,雾化压力在2.3~3.2MPa范围内对粉末粒度影响不大,当雾化压力超过3.5MPa时,粉末粒度开始变细小。雾化气体温度对粉末粒度影响最大,较高的雾化气体温度有利于获得较细小的粉末。     

Novel Process for Solid State Reduction of Metal Oxides and Hydroxides

Recently the reductive expansion synthesis (RES) method was introduced as a means to create nano- and sub-micron metal particles and alloys by rapid heating of physical mixtures of urea with a metal nitrate. In the present work the generality of the RES method was demonstrated by creating metal micron and sub-micron particles from oxide and hydroxide precursors, and outlining the impact of temperature, precursor ratio, and gas flow rate on the product. For example, precursor selection impacted the temperature required for complete reduction, the amount of carbon present, and the size of the metal particles. For complete NiO reduction to micron scale particles, high urea content and a high temperature [ca. 1073 K (800 °C)] were required. In contrast, Ni(OH)₂ was reduced to metal at far lower temperatures. Moreover, the Ni particles formed from NiOH were sub-micron (ca. 200 nm) in size and carbon encapsulated. Other parameter variations had a similarly significant impact. Indeed, the reciprocal relationship between inert gas flow rate and the extent of reduction supports the supposition that the primary mechanism of reduced metal particle formation is the reduction of metal oxide particles by gases produced by urea decomposition. Collectively these and other findings indicate the RES method can be manipulated to create a range of micron and sub-micron reduced metal particle architectures appropriate for different applications.     

Transport phenomena and penetrability of solid particles in hot metal during lance injection

Abstract

The transport phenomena in injection lance and the penetrability of solid particles into liquid metal at the lance tip during injection treatment was analysed by a one-dimensional mathematical model developed in this work. Mechanic interactions and heat transfers between a solid particle, carrier gas, lance and/or hot metal have been incorporated in the model. Temperatures and velocities of carrier gas and solid particles were examined for a typical hot metal desulphurisation process by granulated magnesium injection. The temperature of gas increases by several hundred degrees, while that of solid magnesium particles only by several degrees in the lance. The gas velocity is increased by thermal expansion in lance. At the lance tip, the magnesium particle velocity is slower than the gas velocity. The penetrability of a magnesium particle into the hot metal at the lance tip was analysed.     

粉末形状与松装密度对不锈钢烧结多孔材料制备工艺及其性能的影响

通过选用气雾化及水雾化两种工艺方法制备的不锈钢粉末来制取粉末烧结多孔材料。探讨了粉末形状及松装密度对不锈钢粉末烧结多孔材料制造工艺中的成形压力和烧结温度等工艺参数的影响;研究了原料粉末松装密度对不锈钢粉末烧结多孔材料的透气性、拉伸强度的影响。结果表明:成形压力、烧结温度和制品的透气性受粉末松装密度影响显著。粒度范围为0.18～0.90mm时,气雾化粉末的成形压力比水雾化粉末要高近1倍;当粉末的粒度相同时,采用松装密度大的球形粉末所需的烧结温度比松装密度小的不规则粉末的高60～70℃;粒度为0.45～0.60mm时,选用松装密度为4.13 g/cm3粉末所制备的多孔制品的透气性为3.16×10-10m2,而选用松装密度为2.67 g/cm3的粉末所制备的多孔制品的透气性仅为8.8×10-11m2。不锈钢多孔材料的强度受原料粉末的松装密度影响显著;粒度相同,制备工艺相同时,采用较低松装密度的粉末的制品,能够得到较高的强度。     

低温下氢气还原氧化铁的动力学研究

 用热重分析法研究了低温下不同粒度氧化铁的氢还原动力学,得出在同一温度下,铁矿粉粒度从107.5 μm降到2.0 μm后,由于粉体的表面积大幅度增加,提高了粉气接触面积,从而使得化学反应的速度提高了8倍左右,还原反应的表观活化能从78.3 kJ/mol降低到36.9 kJ/mol;当反应速度相同时, 粒度6.5 μm的粉体的反应温度比107.5 μm的降低了80 ℃左右。同时,通过理论推导和实验结果表明,当反应扩散层厚度相同时,铁矿粉粒度越小,反应扩散层厚度越薄,其还原率越高。     

大粒度氧化钕制备工艺研究

以草酸为沉淀剂,研究了制备大颗粒氧化钕的工艺,考察了反应温度、溶液酸度、添加剂浓度、陈化时间等因素对氧化钕粒径(Ds0)的影响,并确定了草酸钕的灼烧温度.根据实验结果确定了适宜的制备工艺,并按此工艺制备出了粒径在50μm～150μm范围内,分散均匀的大粒度氧化钕.研究结果表明,采用该工艺制备大颗粒稀土氧化物可行,且操作简单,产品质量稳定,易于推广到工业生产.