在等离子喷涂中，通常会将 H2 或 N2 添加到主要 Ar 等离子体中，这可以增加比焓、热导率，从而提高工艺效率。本研究的目的是提供具有各种二元气体成分的三阴极等离子炬的工艺特性。使用几种工艺诊断来表征二元等离子气体混合物在等离子喷涂中的影响。使用高速视频分析来捕捉所研究工艺参数的喷射波动。此外，还进行电流和电压测量以进一步补充等离子体诊断。使用粒子诊断系统 DPV-2000 通过测量 Al2O3 原料的粒子飞行特性来确定二元等离子气体混合物的影响。此外，还确定了所研究工艺参数的沉积效率 (DE)。结果表明，在相同的体积流速和电流下，添加 H2 可产生最高的粒子温度，其次是 Ar/N2 混合物和纯 Ar 等离子体。以相反的顺序，纯 Ar 等离子体产生最高的粒子速度。此外，二元混合气体等离子喷涂 […]
燃气涡轮发动机在运行过程中吸入硅质颗粒碎片，导致所谓的 CMAS（钙镁铝硅酸盐）沉积在较热的热障涂层 (TBC) 表面上。这些颗粒在 1200°C 以上的温度下渗入 TBC，导致 TBC 失去应变耐受性并过早失效。为了模拟真实情况，使用大气等离子喷涂工艺将市售的 CMAS 前体粉尘喷涂到 8YSZ 涂层上。喷涂期间，基材温度保持在平均 1100°C 和 525°C。研究了喷涂参数对 CMAS 涂层沉积、微观结构和成分的影响。此外，为了了解高温表面上的 CMAS 积聚情况，还分析了在 […]
悬浮液等离子喷涂 (SPS) 是一种用于沉积亚微米和纳米级颗粒的热喷涂技术。通过将悬浮液暴露于等离子射流中，液体会蒸发。然后，颗粒会熔化并被引导到等离子射流中，撞击基材并形成涂层。与其他热喷涂技术相比，SPS 的固体进料速率和沉积效率较低。增加悬浮液中的颗粒浓度可以提高原料的沉积速率，但高粘度和喷嘴堵塞是问题。 为了解决这些问题，本研究探索了闪蒸雾化 (FBA) 作为 SPS 中高固体浓度（高达 70 wt.%）的新型喷射方法。FBA 利用热力学不稳定性来分解液体射流。当过热悬浮液通过喷嘴加速并且其压力降至饱和压力以下时，就会发生快速沸腾。蒸汽气泡在液体射流内膨胀，导致其分裂成更小的部分。FBA 可应用于燃油喷射、海水淡化和制药等各种行业。主要目的是使用 FBA 将高固体悬浮液注入等离子流以形成 SPS 涂层。 SPS 中的悬浮液注入可以是轴向的，也可以是径向的。在轴向注入中，碎片发生在火炬内部，而在径向注入中，悬浮液从火炬外部注入等离子流中。传统的径向注入方法包括喷雾雾化（产生碎裂液滴）和机械注入（产生连续喷射）。本研究将用 FBA […]
生产可重复质量的涂层是任何涂层工艺（包括大气热喷涂 (APS)）的关键目标。使用 APS 中现有的输出调节方法，通常会看到连续涂层部件的涂层特性存在显著变化，这不足以满足新涂层应用日益严格的要求。因此，本文提出了一种新颖的过程输出调节方法，通过结合先进的监控解决方案和机器学习方法来提高涂层特性的可重复性。它使用高斯过程模型和卡尔曼滤波器根据喷枪电压、整体粒子温度、沉积效率和应用率的反馈来调整连续涂层部件之间的过程输入参数。该方法不仅可以补偿过程退化，而且更普遍地通过使用系统状态感知过程模型来跟踪涂层系统的时间变化，最大限度地减少不同涂层运行之间过程状态的长期差异。在工业环境中测试了开发的方法，并将其与 APS 中最常用的喷涂具有相同过程输入参数的连续部件的方法以及基于喷枪电压调整过程输入的方法进行了比较。与其他两种方法相比，所开发的方法产生的涂层变化更小，更接近目标。 论文链接 (英文) 关键词：输出调节、可重复性、过程监控、过程建模、机器学习、大气等离子喷涂 作者：Hudomalj Uroš, Guidetti Xavier, Weiss Lukas, Nabavi Majid 和 Wegener Konrad […]
由于不理想的晶粒生长、孔隙率和热梯度，基于熔融增材制造技术生产的铝合金（Al）显示出有限的强度。为了解决这些局限性，我们使用固态冷喷（CS）沉积技术制造了厚度为 5 毫米的 Scalmalloy（Al-Mg4.6-Sc0.72-Zr0.3 wt%）沉积物，并使用了氦气和氮气。这些沉积物的微观结构显示，在溅射内部和喷射区域分别存在粗粒和细粒的双峰分布，氦沉积物的塑性变形程度较高。这些双峰晶粒导致喷射区的纳米硬度达到 1.2 GPa，比内部高出 20%。这些微结构特征的累积效应导致氦沉积物的显微硬度达到 149 HV，是氮沉积物的 1.1 倍。根据基于轮廓仪的压痕塑性测量法（PIP）估算，氦沉积物的硬度增加可转化为 383 兆帕的屈服强度和 487 兆帕的极限强度，分别是 N2 沉积物的 1.17 倍和 […]
本报告涉及自润滑等离子喷涂 YSZ/BaF2 涂层的开发，考虑到以下因素：(i) 固体润滑剂 BaF2 与 YSZ 陶瓷在润湿性方面的相容性，(ii) 润滑剂在其中的均匀分散 (iii) 使用 Rietveld 精修测量最终保留在涂层微观结构中的润滑剂相的重量分数。YSZ/BaF2 混合物表现出优异的流动性，并且掺杂剂浓度为 15wt% 时 BaF2 分布均匀。本工作的主要目的是探讨喷涂参数对 YSZ/BaF2 涂层中 […]
本研究重点是了解等离子喷涂液滴在溅射过程中形成的关键现象——沉积应力，这对于理解等离子喷涂等应用中的涂层应力至关重要。开发了一种新型三维耦合流体-固体和热机械模型，该模型采用流体体积法和有限元法。该模型用于模拟在具有激光纹理凹槽图案的不锈钢基材上等离子喷涂钼液滴时沉积应力的形成。它成功地复制了溅射形成过程的各个阶段，包括冲击、扩散、冷却和凝固，捕捉到了溅射和凹槽壁中温度、应变和应力的变化。通过对平面基材表面上的溅射沉积应力进行 X 射线衍射测量，验证了该模型的准确性。模拟结果表明，在液滴同时扩散和凝固的过程中会产生沉积应力。这种应力归因于淬火和凝固收缩，导致溅射中产生拉应力，键合界面边缘的应力更高。相比之下，槽壁受到压缩应力，在槽中央区域达到峰值。溅射的平均各向同性应力和冯·米塞斯应力分别量化为 176 和 141 MPa。现场曲率测试表明，溅射沉积应力引发的应力松弛导致开裂、屈服和滑移应力减少 24.6%。此外，提出了一个改进的溅射沉积应力理论方程，通过模拟和实验确定了 0.119 的校正系数。开发的模拟模型提供了对溅射沉积应力状态的可靠见解，为优化等离子喷涂工艺提供了有价值的信息，并增强了我们对此类应用中涂层应力的理解。 论文链接（英文） 最初发表于《国际机械科学杂志》（第 266 卷，2024 年 3 月 15 日） 作者：Delong […]
主动学习 (AL) 框架在热喷涂中的首次使用可提高飞行中颗粒特征的预测精度。通过贝叶斯优化成功实现 AL 框架的好处是，首先减少了最大不确定性，从而大大提高了现有数据库的预测精度和信息量。其次，它减少了人为测试点周围的局部不确定性，从而提供了在有限搜索区域中找到改进的能力，从而允许在所需测试点周围进行准确预测。机器学习 (ML) 训练的数据集包含 26 个硅的大气等离子喷涂 (APS) 参数以及另外 6 个 AL 引导喷涂运行，以减少初始数据库中的最大不确定性。平均而言，经过 AL 驱动的优化后，预测飞行中粒子速度和温度的 RMSE 提高了 52.9%（误差减少），R2 […]
现代燃气涡轮发动机依赖于热障涂层 (TBC)，它可以保护发动机的结构部件在极高的工作温度 (1300–1500°C) 下免遭降解。近年来，飞机发动机的运行效率有了显着提高，这主要是通过提高运行温度来实现的。然而，TBC 的寿命可能会受到几种类型的降解机制的影响。在这项综合研究中，开发了多种新型柱状悬浮等离子喷涂 (SPS) 涂层，用于测试其侵蚀、钙镁铝硅酸盐 (CMAS) 和熔炉循环测试 (FCT) 性能。通过首次全面研究，我们通过修改喷涂参数并使用拉曼光谱测量其显微硬度、断裂韧性、柱密度和残余应力，获得了一系列 SPS 微观结构。我们能够通过一组独特的加工参数生产树枝状、横向、分支和柱状微观结构。通过调节与等离子炬的距离实现的细化柱状微观结构增强的涂层表现出优异的热循环弹性。相反，通过降低机器人在沉积过程中的移动速度来开发具有树枝状分支的柱状微观结构，增强了耐侵蚀性并最大限度地减少了熔融 CMAS 渗透造成的损坏，从而显着延长了涂层的使用寿命和坚固性。对最佳柱状微观结构的追求得出这样的结论：对于每种 SPS 涂层，需要进行总体优化框架，以实现其所需的热化学机械耐受性，因为 TBC 所需的性能是相互交织的。 论文链接 […]
