任意形状基底上热喷涂涂层的形成建模

本研究的重点是模拟任意形状基底上涂层的形成。为此，我们考虑了倾斜台阶、圆柱体和球体等几种基底几何形状。同时还对这些复杂的涂层几何形状进行了应力分析。在大气等离子喷涂（APS）工艺中，研究了在各种形状的不锈钢基底上形成镍涂层以及在镍铬铝合金上形成钇稳定氧化锆（YSZ）涂层的情况。评估了涂层的形貌及其微观结构，如孔隙率、平均厚度和平均粗糙度。这项工作采用了一种基于蒙特卡洛随机模型的算法。液滴撞击表面的参数，包括速度、温度和大小，都是通过该随机模型预测的。模拟结果表明，在台阶的倾斜部分或圆柱体/球体的外围部分，涂层孔隙率大大低于平面部分，而粗糙度则明显高于平面部分。涂层温度与基材温度之间的显着差异导致残余热应力的形成。使用面向对象的有限元 (OOF) 软件对这些应力进行分析，该软件利用自适应网格划分技术和有限元方法来计算残余热应力。涂层中的最大应力出现在涂层与基材之间的界面处。将涂层的形貌和微观结构与实验进行了比较。

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最初发表于《Journal of Thermal Spray Technology》（2023 年 12 月 4 日，第 33 卷，第 551–571 页，2024 年）
作者：Behrouz Haghighi、Mohammad Passandideh-Fard 和 Javad Mostaghimi