改进型等离子喷枪的粒子飞行特性

对非转移型等离子喷枪改进设计,并用SprayWatch-2i喷涂粒子速度温度测试仪对喷涂粒子速度进行测试,比较了喷枪改进前后和不同喷嘴对ZrO2粒子速度和温度的影响.研究表明,改进型喷枪使粒子速度明显提高,超过音速;减小喷嘴孔径有助于提高粒子速度;随着粒子速度的提高,粒子加热时间缩短,粒子温度有所降低.     

等离子喷涂射流对飞行粒子的影响

利用Spraywatch热喷涂监控仪对等离子射流的形貌进行了观察,对飞行粒子的速度、温度进行了测量,并把等离子喷涂射流的产生、脉动和射流对粒子的作用进行了分析研究.结果表明:射流脉动主要是由于电孤大尺寸分流和卷吸作用造成的,改善射流脉动可以减小射流中粒子的速度和温度梯度,进而可以提高等离子喷涂的质量.     

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。     

双丝电弧喷涂中粒子交叉飞行行为的在线测量及分析

采用两根具有不同熔点的材料分别作为双丝电弧喷涂的阳极和阴极丝材,采用SprayWatch-2i热喷涂监测系统,通过对融熔粒子飞行中温度的在线测量分析,直接验证了粒子的＂交叉飞行＂现象.利用能谱仪（EDS）定量研究了两极的材料和氧化物在喷涂沉积丘中的分布,并分析了这些分布特征在不同喷涂距离上的变化规律,结果发现,沿喷涂丘的横截面,来自阴极和阳极的扁平化粒子以接近反对称的方式分布.在所测量的两个喷涂距离上,各种成分（包括氧化物）的含量随喷涂距离变化不大.而且电弧喷涂涂层中具有约10 %左右的氧化物含量.     

等离子熔射过程中射流与粒子流的加热效应

采用CCD图像采集系统与图像处理技术提取等离子射流长度;以红外测温仪检测的单位时间内基体温度变化来衡量加热效应,研究不同熔射距离与射流长度条件下射流和粉末粒子流对基体的加热效应特点.结果表明,当熔射距离不大于射流长度时,基体温升主要来至于射流加热效应;随着熔射距离增大,射流对基体的加热效应迅速减弱;当熔射距离大于射流长度时,粒子流加热效应比较明显.提出射流长度可以作为合理选择熔射距离的特征评价指标,并通过不同熔射距离条件下熔射皮膜的截面尺寸以及形貌进行验证.     

超音速等离子喷涂参数对粒子速度温度的影响

采用高效能超音速等离子喷涂系统,选用纯Al2O3粉末,研究了电功率、电流、电压、气体流量、送粉量对飞行粒子速度和温度的影响.研究结果表明:Al2O3粒子的温度、速度随功率的增大分别呈持续上升与先增大后下降的趋势;在相同功率时,电流对粒子速度、温度的影响大于电压的影响;加大主气流量,粒子速度和温度均先增大后减小;增大送粉量,粒子速度先增大后减小,而粒子温度则一直减小.最后结合涂层的形貌、孔隙率、显微硬度,优化出最佳的喷涂参数.     

低压条件下的等离子射流特性分析

低压等离子喷涂由于具有特殊的射流特性,以及可以沉积组织均匀的特殊结构涂层而备受关注.涂层的形成受到等离子射流特性的影响,比如焓值、温度、速度等.研究中利用热焓探针技术在环境压力为3 kPa的条件下,测量了Ar-H₂等离子体不同轴向位置射流中心的焓值和压力,并且进一步计算了射流的温度和速度,以及表征等离子体对粉体加热能力的努森数.结果表明,等离子射流在距离喷嘴出口12.5 mm处的温度为11 000 K;400 mm处降为7 000 K;等离子射流速度在喷嘴出口处25 mm左右达到最大值,约为2 000 m/s;喷嘴外部等离子射流的努森数处于过渡区,对粉体的加热能力较低.     

大气等离子喷涂YSZ涂层中CMAS渗透行为分析

目的 建立大气等离子制备的热障涂层的结构特征与高温环境中CMAS渗透速率之间的定量关系,分析微裂纹、孔洞等缺陷对渗透行为的影响。方法 利用大气等离子喷涂方法制备ZrO₂-8%Y₂O₃(YSZ)涂层。用摩尔比为45SiO₂︰33CaO︰13AlO_1.5︰9MgO的CMAS涂覆涂层表面,在1200℃条件下进行CMAS渗透试验。通过SEM、EDS、XRD对涂层微观结构和物相进行测试,并通过图像分析处理软件计算涂层的孔隙率,分析孔径的分布规律。测量CMAS渗透速率,分析涂层结构对渗透速率的影响,改进CMAS理论渗透速率计算方法。结果 熔融态的CMAS能够快速渗透涂层,使得涂层的孔隙率由12.8%降至4%。YSZ涂层中直径大于3μm的孔隙不易被填充。把有效孔隙率引入到CMAS渗透速率的计算中,可以将计算结果与实测结果之间的偏差降至5%以内。CMAS渗透后30min内,YSZ未发生明显的相变,40min后发现涂层出现腐蚀现象。结论 大气等离子喷涂YSZ涂层中微裂纹的直径尺寸影响CMAS渗透...     

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。     

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。     

大气压冷等离子体射流辅助微铣削纯钛试验研究

纯钛具有良好的机械性能和较高的应用价值,但其塑性高、导热性差的特点导致切削加工时存在切削力较大、表面质量较差等问题。为提高金属零部件微铣削加工质量,一些辅助加工手段被提出,但未能改变材料特性、未能解决冷却介质浸润性差和材料塑性高的问题,且改善材料表面质量的效果有限。大气压冷等离子体射流可在短时间内将材料表面改性为超亲水状态且可降低材料强度、促进材料断裂,故提出将大气压冷等离子体射流引入纯钛材料的微铣削过程,并在研究冷等离子体射流辅助加工机理的基础上,于不同冷却润滑环境下开展微铣削纯钛试验。结果表明:冷等离子体射流通过改善冷却介质浸润性、促进材料断裂,可有效提高加工表面质量、缓解刀具磨损,从而显著改善纯钛的切削加工性能。     

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     

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。     

基于响应曲面法的Ar-N2 等离子射流特性研究

目的研究等离子射流特性,提高射流品质,为工程实践提供支撑。方法通过响应曲面法,以粒子速度和温度为指标反映射流特性的变化,采用Box-Behnken-Design(BBD)设计分析电流(I)、主气流量(Q)以及次级气比例(C)对于射流特性的影响规律及其相互作用关系。结果对粒子速度的影响因素排序为Q_(Ar)IC,对粒子温度的影响因素排序为IQ_(Ar)C。该喷嘴下实现最佳加热效应的参数为:主气流量80 L/min、电流450 A、次级气比例22.5%。实现射流最佳加速效应的离子气及电参数为:主气流量140 L/min、次级气比例15%、电流400 A。在射流最佳加速效应对应参数下制备的AT40涂层均匀致密、孔隙少。结论运用响应曲面法分析和解决等离子射流特性影响问题具有科学性和可操作性,能够有效指导涂层制备。     

气体介质对常压等离子体还原氧化铜的影响

目的研究不同等离子体还原介质和还原时间对氧化铜还原的影响。方法采用等离子焰流扫描试样,应用扫描电镜观察还原后试样的表面微观形貌,通过X射线衍射仪分析试样处理前后表面相成分的变化。结果采用N2+热氨为气体介质,其还原产物为Cu4O3和Cu3O,相对于其他气体介质得到的还原产物Cu2O,能将Cu2+还原至更低的价态。还原时间为40 s时,主要还原产物为Cu3O,其氧含量低于Cu O,随着时间延长,亚稳相Cu3O逐渐转变成较稳定的Cu2O;当还原时间为100 s时,析出Cu单质。结论 N2+热氨是还原性较强的气体介质。氧化铜中铜离子价态随还原时间增加而降低,同时伴随亚稳定相Cu3O向Cu2O转变现象。还原过程中高能电子对Cu O颗粒有加热熔融作用,激发态的活性粒子发挥主要的还原作用。     

PS-PVD等离子射流特性的光谱诊断研究进展

等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）作为一种新型喷涂技术融合了气相沉积与喷涂工艺两者的优点,其射流特性决定了涂层的结构与性能。光学发射光谱法（OES）作为一种等离子射流特性诊断技术,能实现射流特性原位检测,是判断射流内气化现象的有力手段。文中介绍了粉末送入前后及射流接触基体后射流特性的变化,展示了局部热力学平衡（LTE）假设及展宽理论下射流中各粒子状态的计算,探索了射流不同区域的传质传热等活动。Ar/He具有最高的温度,Ar具有高焓值对粉末的加热起主要作用,He凝聚射流能量对粉末的加热气化起关键作用,H₂会扩展射流宽度降低射流温度易形成带有致密层的柱状结构。结合射流数值模拟和射流光谱图可知,喷枪内复杂的热交互作用是粉末加热的主要原因,喷嘴处膨胀/压缩区发生热能与动能的交替转换,而射流中后段由于低压与高温继续发生气化现象,达到峰值后射流处于冷凝降温阶段,部分气相原子凝聚成团簇状粒子。文中还总结了功率、电流和送粉率等对等离子射流特性的影响等。     

热等离子束照射工业纯钛快速渗氮制备表面氮化层

以热等离子束作为等离子源，以氮气、氢气混合气体作为工作气体，对工业纯钛进行表面渗氮处理，并利用显微硬度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微镜分别对氮化后试样进行显微硬度测定、相结构及断面形貌分析。结果表明：在等离子束对试样进行15min的照射后即可在工业纯钛（TA2）表面获得具有一定厚度的硬度较高的氮化层。     

等离子束表面冶金技术研究及其进展

等离子束表面冶金是一种新的表面涂层技术。本文综述了等离子束表面冶金设备、专用粉末设计、涂层的组织性能、熔池结晶特点以及应用方面的研究进展,并展望了等离子束表面冶金的发展方向。     

非转移弧层流等离子体射流熔凝铸铁表面耐磨性的研究

对在大气压条件下用非转移弧层流等离子体射流熔凝强化处理的W-Mo-Cu铸铁表面，采用光学显微镜、显微硬度计、磨损试验机、扫描电镜等，观察和测试了熔凝试样的表面层组织、硬度、耐磨性和磨损形貌。结果表明，熔凝后铸铁表面为初晶渗碳体和莱氏体组成的过共晶组织，硬度和耐磨性有了明显的提高。