高速电弧喷涂熔滴速度的数值模拟及试验

熔滴速度是电弧喷涂涂层性能的主要影响因素之一。本基于空气动力学和二相流流体力学理论建立了高速电弧喷涂雾化气流化和熔滴速度的数学模型，并进行了数值模拟；同时用试验方法测试了气流速度及Al,3Cr13熵滴在不同喷涂距离处的平均速度；数值计算结果与试验数据基本吻合。结果表明，雾化气流的速度和距喷嘴一定距离内将保持初始速度（约650m/s)，然后随喷涂距离的增大而衰减，这与超音速气流通过Laval喷管后所产生的膨胀波和压缩波相互作用有关；熔滴在雾化飞行过程中经历了先加速后减速的过程，小熔滴能在较短的距离内被加速到最大速度；达到最大速度之后，小熔滴由于惯性力较小而迅速减速，而大熔滴则因较大的惯性力而减速不明显；熔滴速度的变化是由熔滴的Reynolds数决定的。Al和3Cr13熵滴的最大速度在0．3m喷涂距离之内均超过音速。     

高速电弧喷涂粒子雾化特性试验研究

本文研究了高速电弧喷涂Ａｌ和３Ｃｒ１３的粒子雾化特性。用Ｐｉｔｏｔ管总压法和扫描电镜,图象分析仪分别测定了喷枪出口雾化气流轴向分布和雾化粒子的粒度分布,用ＰｅａｒｓｏｎＸ＾２分布拟合检验法对粒子的粒度分布进行统计分布检验。     

高速电弧喷涂雾化过程的数值模拟

建立了高速电弧喷涂枪喷嘴结构气体流动的三维CFD模型,模拟了喷嘴的自由射流、以及气流喷向基体时的射流分布特征.在此基础上,计算了雾化熔滴在气体射流作用下的飞行轨迹,并通过对比实验测量了喷涂粒子的雾化性能.数值模拟结果显示,气体射流并非呈完全的轴对称分布,在丝材相交的平面和垂直于该平面的方向上,气流速度分布差别明显;在距基体约25 mm的射流中心附近位置,气体速度迅速下降,这为雾化熔滴的高速沉积提供了条件.另外,雾化粒子的数值模拟与实验结果相一致,都呈现出了中间高边缘低的速度分布特征.     

新型高速电弧喷涂枪的开发研究

详细介绍了开发研制的新型高速电弧喷涂枪：分析测定了新型喷枪和普通喷枪出口的雾化气流速度,同时采用A1和3Cr13作为对比试验材料,对涂层进行性能研究并观察了其组织结构。结果表明：新型喷枪的雾化气流速度的捌试计算值在距枪口80mm的范围内仍然能保持在600m／s左右,比普通喷枪的雾化气流速度有显著地提高：高速电弧喷滁熔融的金属粒子雾化充分,涂层组织致密,层状结构十分明显,并且结合强度值和硬度值均较高：新型高速电弧喷涂枪,结构简单,工作性能稳定。高速电弧喷涂是一种优质、高效、低成本的热喷涂方法。     

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。     

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。     

电弧及高速电弧喷涂FeCrAl涂层的微观性能研究

用相同的喷砂和喷涂工艺参数,分别在４５＾＃钢基体上制备了电弧喷涂与高速电弧喷涂ＦｅＣｒＡｌ涂层,用扫描电镜分析了它们的表面形貌,测试分析了两种涂层及各种基体在距涂层－基体界面不同距离上的显微硬度值,得到了电弧喷涂及高速电弧喷涂基体上的热影响区宽度,讨论了涂层的显微组织对其硬度的影响,并测试分析了涂层和基体的截面线波动系数。试验结果表明,高速电弧喷涂ＦｅＣｒＡｌ涂层比普通电弧喷涂ＦｅＣｒＡｌ涂人有更     

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.     

超音速电弧喷涂粒子速度的测定

在电弧喷涂中,喷涂粒子的速度是影响涂层质量的重要因素,超音速电弧喷涂系统利用超音速气体雾化,加速喷涂粒子,增加喷涂粒子的速度,从而改善了涂层质量,采用Ｋｏｄａｋ１０１２型高速运动分析仪对喷涂粒子的速度进行了测定,结果表明,喷涂φ２．２ｍｍＴ８钢丝时,喷涂粒子的平均速度可达到２９１ｍ／ｓ。     

High Velocity Arc Spraying for Automotive Industry

A diesel engine crankshaft is failed in journal and the dominant failure mechanism is wear.A 6R robot-based automatic high velocity arc spraying system was developed in this study.The remanufacturing process of engine crankshaft was designed based on the newly developed automatic spraying system and the FeAlNbB cored wire.The two spraying way planning were designed.The results of industrial application in miniature show that,both of the main shaft journal and the crank journal of the crankshaft can be deposited of coating in only one procedure using the developed automatic spraying technology,and a reliable quality remanufactured part was obtained.A comparative evaluation shows that the improvement process offers several benefits.Such as,the coating bond strength and spray rates are all highly increased;the remanufactured cost and time are decreased.Furthermore,this technology has several advantages such as energy and material saving,and environmental protecting,a wide application foreground for this technology is therefore performed.     

高速电弧喷涂在工程机械零部件再制造领域中的应用现状

在分析工程机械典型零部件失效模式的基础上,介绍了几种高性能电弧喷涂涂层的性能和应用背景,综述了高速电弧喷涂在防腐、采油装备、抽油泵柱塞、电站锅炉设备及汽车发动机等几个重要工程领域的研究应用现状,进而展望了高速电弧喷涂技术在工程机械零部件再制造产业的发展趋势,对再制造工程在工程机械产业中推广有一定的指导意义。     

高速电弧喷涂镍铝打底层结构与性能研究

高速电弧喷涂技术是近年来发展起来的新型热喷涂技术，该技术具有优势，高效，低成本等特点，本文实验研究了高速电弧喷涂镍铝打底涂层的组织结构和力学性能，涂层的界面结合强度大于40MPa，显微硬度平均值为210HV，表面粗糙度表征参数Ra值为13．11um，涂层孔隙率为2．26％，涂层主要由镍铝合金和镍，铝氧化物组成，高速电弧喷涂镍铝涂层结合强度高，涂层组织致密，是优良的打底涂层。     

高速电弧喷涂铁铝涂层的组织和性能

采用粉芯丝材和高速电弧喷涂技术（HVAS）原位合成了铁铝金属化合物涂层，并研究了涂层的显微组织和性能。结果表明，铁铝涂层的成分（原子分数，%）为Fe-20.0Al-14.1O，主要相是Fe3Al、FeAl和a-Fe相，还有少量Al2O3。涂层中的Fe3Al和FeAl具有较高的有序度。涂层具有相对较高的结合强度和显微硬度，以及较低的密度和孔隙率。     

高速电弧喷涂FeCrNi/CBN粉芯丝材的研制与性能研究

介绍了FeCrNi/CBN粉芯丝材的研制过程,采用高速电弧喷涂技术将所研制的FeCrNi/CBN粉芯丝材成功地在45钢基体上制备出FeCrNi/CBN复合涂层。对涂层的结合强度、硬度、抗热震性和耐磨损性能等进行了测试,利用扫描电镜,能谱仪等手段对涂层进行分析。研究表明,涂层的组织呈现出典型的层状结构特征;综合力学性能优异,具有较高的结合强度、高致密度、较好的耐热震性能和耐磨损性能。     

高速电弧喷涂FeCrNi/CBN粉芯丝材的研制与性能研究

介绍了FeCrNi／CBN粉芯丝材的研制过程，采用高速电弧喷涂技术将所研制的FeCrNi／CBN粉芯丝材成功地在45钢基体上制备出FeCrNi／CBN复合涂层。对涂层的结合强度、硬度、抗热震性和耐磨损性能等进行了测试，利用扫描电镜，能谱仪等手段对涂层进行分析。研究表明，涂层的组织呈现出典型的层状结构特征；综合力学性能优异．具有较高的结合强度、高致密度、较好的耐热震性能和耐磨损性能。