热喷涂沉积（特别是大气等离子喷涂，APS）是一种成熟的表面涂层技术，具有广泛的应用范围（如绝缘涂层、摩擦涂层、防腐蚀涂层等）。此外，人们还在不断推动将 APS 工艺引入新兴领域。APS 的一个利基应用是具有增强热电性能（与块状材料相比）的亚计量 TiO2-x 涂层。由于使用氢气作为等离子气体，APS 工艺在这种情况下具有独特的能力，可以在加工过程中减少 TiO2-x 材料。然而，到目前为止，还没有一种可靠或自洽的方法来评估（或通过参数优化来控制）加工过程中熔融氧化物颗粒的飞行还原。本研究表明，即使在大气条件下，使用光学发射光谱 (OES) 也可以识别与 APS 期间 TiO2 飞行还原相关的特征发射峰。利用该光学发射光谱数据，将显示输入喷雾处理参数及其对涂层微观结构和材料飞行还原程度的影响。结果表明，在平衡条件下，等离子体中只需要极少量的氢气就能实现 TiO2 还原。 论文链接（英文）。 最初发表于《Scientific Reports》（第 […]
本研究利用等离子炬从锆石（ZrSiO4）制备高纯ZrO2。在放电气体Ar中加入H2，改善了等离子体的物理参数，并起到还原剂的作用，促使ZrSiO4热解反应不可逆。ZrSiO4粉末通过送粉装置内部送入直流电弧等离子炬，直流炬产生的热等离子体可以在短时间内充分加热所有的ZrSiO4，从而进行热解、提取和分离，最终得到高纯度的ZrO2。结果表明，在工作气体中加入H2，通过提高等离子体温度，提高了火焰中物料的温度，从而促进了ZrSiO4的热解。物料的温度为2500~2600℃，高于热解产物SiO2的沸点，同时保持了ZrSiO4和ZrO2的高熔点。此外，H2等离子体在热解反应中充当还原剂，与产物中的O结合，阻止ZrSiO4热解反应的可逆性，仅保留ZrO2。 论文链接（英文） 最初发表于《Ceramics International》（第50卷，第1期，B部分，2024年1月1日，第1360-1369页） 作者：Chuanwen Geng、Peng Zhao、Muquan Wu、PeiGuang Yan、Xiang Gao、Jiangang Li、Jianjun Huang、Xiaodong Lin、Yiman Jiang、Xingyue Jin、Meihua Zeng […]
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。 论文链接 (英文) 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） […]
为了以较高的沉积效率和粉末进料率获得致密的硬金属涂层，人们一直在寻找颗粒速度和工艺温度的最佳组合，在此驱动下，高速空气燃料喷涂工艺（HVAF）应运而生。就可实现的颗粒速度和温度而言，该工艺可分为高速纯氧喷涂（HVOF）和冷气体喷涂（CGS）。HVAF 在工艺温度适中、颗粒速度高以及生产率和效率高等方面的特殊优势表明，HVAF 也应被用于研究热障涂层 (TBC) 系统中 MCrAlY（M = Co 和/或 Ni）粘结涂层 (BC) 的制造。在这项工作中，根据详细的工艺分析制定了相应的 HVAF 喷射参数。对工作气体射流和飞行中的颗粒进行了不同的诊断。对涂层的微观结构、表面粗糙度和含氧量进行了研究。对喷涂过程的有效性进行了评估。应用过程诊断以及喷射气流和粒子加速与加热的计算来解释涂层特性的支配机制。结果表明，HVAF 是一种很有前途的替代制造工艺。 论文链接（英文） 最初发表于《热喷涂技术杂志》（2023 年 9 月 […]
涂层的强度和特性取决于单个熔融颗粒的冲击力和温度，以及待喷涂表面的状态。 为热喷涂选择的参数决定了颗粒飞行时的参数：温度和速度。这些参数可以通过测量飞行中颗粒的热辐射强度来确定。确定热喷涂的参数是质量流量、强度和喷枪中气体混合物的 H2 流量。另一方面，所获得涂层的强度可通过其硬度和附着力来估算。本研究采用了实验设计，以确定操作参数与颗粒特征参数之间的关系。根据这一设计，对获得的结果进行了分析。 实验结果证实了强度和颗粒温度之间的直接关系，这与喷射装置中电弧产生的强度和能量之间的关系一致。速度也有类似的关系。增加原料气体中 H2 的比例会导致更高的热量传递到颗粒上，这与文献中的信息一致。速度也有类似的影响。颗粒在飞行过程中的附着力和硬度随着速度和温度的增加而增加，这与更有效的溅射-压平过程有关。所应用的程序为开发有用的表面提供了有效的方法，从而优化了热喷涂工艺。 论文链接 (英文) 关键词：APS；热喷涂；流体力学APS、热喷涂、流体力学、涂层 最初发表于《Coatings 2023》，13(9) 作者：Adrián Fernández Roiz, José Andrés Moreno, Guillermo Jorde […]
残余应力是影响冷喷涂层性能的一个重要因素。该研究基于欧拉法进行了二维单粒子、三维单粒子和三维多粒子有限元模拟，并进行了钻孔测量，以研究冷喷铜涂层中的残余应力。研究考察了基本建模参数如何影响二维系统中的残余应力。研究发现，网格大小、基底尺寸和模拟持续时间会改变残余应力；而材料失效不会有太大影响，因为失效是局部的。研究还发现，当初始温度和/或塑性变形增加时发生的热软化有助于降低残余应力。此外，沿颗粒轴对称轴线的残余应力从最初的压应力变为沿深度厚度方向的压应力-拉应力-压应力，而界面应力为拉应力，主要来源于界面层的摩擦剪切。在三维单颗粒模拟中，通深厚度方向的平均残余应力呈现出从拉伸到压缩的过渡，与二维情况类似。在三维多粒子模拟中，由于粒子的反复强烈冲击，涂层/基底中的残余应力都是压缩应力，这与实验测量结果一致。研究还发现，当涂层厚度增加时，由于塑性变形引起的热软化增加，压应力也随之减小。本文阐明了基于欧拉的有限元参数对模拟冷喷中残余应力的影响，对今后的研究具有重要的参考价值。 论文链接（英文）。 最初发表于《Journal of Thermal Spray Technology》（第 32 卷，第 1966-1984 页，2023 年） 作者：孟凡超、范夏平、迟宗林、陈淑英、褚昕 […]
在最新一代高效燃气涡轮航空发动机的高温、含蒸汽的燃烧环境中，需要使用环境阻隔涂层（EBC）来保护碳化硅基复合材料。二硅化镱（YbDS）作为一种环境屏障涂层，在高温下表现出优异的相稳定性。其热膨胀系数接近碳化硅，但其性能取决于涂层的沉积条件。在这项工作中，我们进行了一项参数研究，以证明采用广泛使用的普莱克斯 SG-100 常压等离子喷涂（APS）喷枪的加工参数如何影响二硅化镱的相组成、微观结构和机械性能。使用 4 组喷雾参数沉积了二硅酸镱涂层，喷雾功率从 12 千瓦到 24 千瓦不等。使用 X 射线衍射和里特维尔德细化法对这些涂层中存在的相进行了量化，并测量了孔隙率水平。利用这些数据，研究了加工参数与相组成和微观结构之间的关系。利用这项工作中确定的最佳工艺参数窗口，使用聚酯原料添加物作为孔隙形成相沉积了可研磨的 YbDS 涂层。添加了两种不同含量的聚酯，以形成两种不同孔隙率的涂层。 论文链接 (英文) 原文发表于《国际陶瓷》（第 49 卷，第 13 期，2023 […]
已证明飞行中粒子状态参数（PSPs）在决定大气等离子喷涂涂层性能方面起着至关重要的作用。因此，作为过程控制的一部分，PSPs 经常在开始喷涂前进行测量。本文以过程控制应用为重点，说明了用于评估 PSP 的测量程序和后续数据处理的重要性。本文以钇稳定氧化锆的涂层为例，使用市售的 Accuraspray-G3C 传感器系统测量作为 PSP 描述符的颗粒集合温度和速度。实验结果表明，粒子射流的稳定时间比实际考虑的要长，这表明需要适当选择测量程序。此外，实验还证明，在喷涂过程中，只需周期性地将喷涂枪移动到静止的传感器系统上进行短暂的测量，也能获得有关 PSP 的信息。最后，还说明了不同的数据处理方法如何影响对所获取的 PSP 的评估。 论文链接(英文) 关键词：大气等离子喷涂，数据处理，飞行中粒子诊断，粒子状态参数，过程监控，过程控制 原文发表于《热喷涂技术期刊》（32(2)) 作者：Hudomalj Uroš，Fallahi Sichani Ehsan，Weiss Lukas，Nabavi […]
本项目研究了 MgO/Al2O3 系统的九种商用和实验粉末。其成分范围从氧化镁含量超过 70% 的氧化镁/Al2O4 复合材料到富含氧化铝的尖晶石粉末（Al2O3 含量 94%）。这些粉末经过熔融和粉碎或团聚和烧结。我们研究了粉末的成分、制造工艺以及粒度分布对涂层微观结构和相的影响。对其中几种粉末制定了详细的实验设计计划，并对沉积效率、硬度和孔隙率等性能进行了优化。在优化的喷涂条件下，所有粉末都生产出了涂层，并进行了深度表征。这里将详细介绍微观结构、孔隙率值和热循环测试的结果。 论文链接（英文）。 原文发表于《Journal of Thermal Spray Technology》（第 32 卷，第 514-522 页，2023 年） 作者：Robert […]
