低能、高效非转移弧等离子喷枪特性的研究

研究利用计算机数值模拟技术，采用有限容积方法，针对自制的低能耗，高效率内送粉等离子喷涂设备，对其喷枪内部和外部区域等离子体的速度场，温度场以及放电特性进行模拟计算。研究结果表明采用计算机数值技术能够较准确模拟等离子有关特性，为更加准确必优化喷涂工艺过程打下基础。     

双阳极等离子喷枪电弧特性与热效率分析

一种新型的双阳极等离子喷枪,通过改变阳极弧根的位置,可以有效地提高电弧电压和喷枪的热效率。双阳极喷枪的阳极由相互绝缘的两部分组成。距离阴极较近的阳极称为阳极I,较远的称为阳极II。阳极弧根可以在任意阳极表面形成,从而获得不同长度,不同特性的等离子电弧。本研究比较了阳极弧根在不同的阳极表面形成的情况下,电弧的伏安特性,喷枪的内部压力,以及喷枪的热效率。结果表明,当阳极弧根在阳极I表面形成时,电弧具有下降的伏安特性,热等离子体对阳极的传热剧烈,喷枪的热效率比较低;当阳极弧根在阳极II表面形成时,电弧可以获得上升的伏安特性,喷枪的热效率也显著升高。     

量热探针在热等离子射流测量中的应用

为了测量等离子射流的温度和速度,设计了量热探针测量系统,采用补偿式的量热法来测量热等离子体 的比焓得到热等离子体的温度;也可作为水冷皮托管来测量射流的动压头确定射流流速。系统采用Φ0.8 mm探 针实际测量最高温度达8515K。根据等离子喷枪的输入功率和热效率估算出喷枪出口处射流的温度和速度,与探 针的测量结果比较吻合。     

直流非转移弧等离子喷枪中电弧的工作特性研究

利用计算机数值模拟技术，采用有限容积方法，针对自制的低能耗、高效率内送粉等离子喷涂设备，对喷枪内部电弧长度及其对流体特性的影响进行了分析研究。结果表明，通过增加进气流量和减少电流的大小，均使得等离子电弧长度增加，阳极弧根位置逐渐向下游移动，但是产生这两种现象的机理以及对气流温度和速度的影响是不同的。     

电弧电压对低能等离子喷涂WC-Co涂层组织及性能的影响

使用烧结破碎的WC-12%Co粉末,采用轴向送粉等离子喷涂系统制备WC-Co涂层。保持电弧电流不变,增加工作气体中的氢气含量来提高电弧电压,以研究电弧电压对于涂层微观结构的影响。使用X射线衍射仪(XRD)分析WC-Co涂层的脱碳相变,使用扫描电子显微镜(SEM)观察粉末的熔化程度、扁平化状态和涂层的微观结构,使用MH-6维氏硬度计和MM200磨损试验机分别测量了涂层的显微硬度和耐磨性。结果表明,提高电弧电压有利于粉末的熔化。根据熔化程度的不同,粉末会呈现四种典型的扁平化状态。提高电弧电压促使碳化钨脱碳生成的W_2C和Co_3W_9C_4,涂层中硬质相体积增加,钴基体积减小。适当提高电弧电压有利于增加涂层的硬度和耐磨性,但过高的电弧电压会恶化涂层质量,反而降低涂层的硬度和耐磨性。     

直流电弧热喷涂等离子体偏离局域热力学平衡态分析

在大气压力下,利用直流电弧放电产生热喷涂等离子体,采用发射光谱和热焓探针对热等离子体的射流特性进行诊断。文中通过使用氩原子两条特征谱线的辐射强度,采用双谱线相对辐射强度比值法来计算等离子体的电子温度;同时使用焓探针测量等离子体射流的焓值来计算得到气体温度。研究不同氩气流量和电流强度下,热等离子体的气体温度与射流中电子温度的演变情况,并对两者温度差值出现的原因及变化情况进行分析。结果表明,相同条件下发射光谱法测量的电子温度始终高于焓探针测量的等离子体温度,热喷涂等离子体在一定程度上偏离局域热力学平衡态。     

阳极弧根位置对热喷涂等离子喷枪特性的影响

研究开发了一种新型的双阳极等离子喷枪,可以在不改变任何参数(如电弧电流和气体流量)的条件下,调节阳极弧根的位置,从而改变等离子炬的特性。试验采用热焓探针测量了不同阳极弧根位置条件下,氩等离子射流的温度和速度分布;通过测量喷枪冷却水的温升来估算喷枪的效率。结果表明,随着阳极弧根向喷嘴下游的移动,等离子射流的温度和速度以及喷枪的效率都有显著的提升。     

喷涂工艺对低能等离子喷涂WC-Co的涂层硬度与微观结构的影响

采用低能等离子喷涂技术，在不锈钢基体上制备WC-12％Co涂层。粉末被气体送到喷嘴内、阴极与阳极之间的区域，喷涂功率为3．9～9．1kW。利用XRD和SEM分析技术，对涂层的微观结构和相组成进行分析，研究喷涂功率对涂层硬度的影响。结果表明：在功率3．9kW时制备的涂层主要由WC相组成；喷涂功率在5-9kW时，涂层中开始出现W2C；在功率6．5kW时，涂层硬度最高为1500HV，喷涂功率超过6．5kW时，由于涂层中出现α-W2C，涂层的硬度降低。这表明低能等离子炬可以制备高性能的WC-Co涂层。