输入工艺参数与大气等离子喷涂 (APS) 飞行中颗粒特性之间的非线性关系对于涂层性能设计和质量至关重要。还已知焊炬电极的老化会影响这种关系。近年来，机器学习算法已被证明能够考虑这种复杂的非线性相互作用。这项工作说明了应用集成方法来预测 APS 过程中考虑火炬电极老化的飞行粒子温度和速度。进行实验以同时记录输入的工艺参数、飞行中的粉末颗粒特性和电极的使用时间。使用随机森林 (RF) 和梯度提升 (GB) 对电极老化时记录的 APS 过程数据进行排序和选择特征，并比较相应的预测模型。探讨了多元 APS 飞行中粒子特征数据的时间序列方面。考虑两种时间序列嵌入策略。第一个简单地嵌入了之前考虑的 n 个时间段的属性和目标，没有任何修改；而第二种策略在嵌入之前首先执行差分以使时间序列平稳。对于本应用，RF 比 GB 更合适，因为 RF 可以同时预测飞行中的粒子速度和温度，并适当考虑两个目标之间的相互作用。另一方面，GB […]
燃气涡轮发动机迫切需要具有高热应变耐受性和耐腐蚀性的热障涂层（TBC）。空气等离子喷涂 (APS) 耐应变致密垂直裂纹 (DVC) TBC 现已成为燃气轮机部件使用的标准之一。APS DVC TBC 微观结构通常是利用短距距 (* 60 毫米) 的高焓等离子体条件来实现的，以便为垂直裂纹形成获得更大的拉伸应力。然而，较短的间隔距离带来了新的挑战，并且在涂覆大型且复杂的几何形状的叶片和轮叶时并不实用，因为等离子炬在喷涂过程中可能与部件发生碰撞。因此，有必要开发更长距离的 DVC TBC。在这项工作中，使用高焓 TriplexPro 等离子炬在喷涂距离 C 100 毫米下开发了具有各种垂直裂纹密度的致密且耐应变的氧化钇稳定氧化锆热障涂层。我们对喷涂距离、颗粒飞行状态、沉积温度和涂层微观结构之间的关系进行了研究。随着喷涂距离的增加，颗粒温度和垂直裂纹密度均降低。在间距为 […]
沉积效率（DE）是等离子喷涂的一项关键性能指标，由数十个内在和外在影响因素共同决定。由于各影响因素之间存在非线性和复杂的相互依存关系，提高沉积效率一直是等离子喷涂工艺开发中的一项具有挑战性的工作。因此，采用现代计算机辅助算法来克服这些复杂性势在必行。本研究开发了一个专家系统，利用自适应神经模糊推理系统（ANFIS）和支持向量机（SVM）根据工艺参数预测 DE。开发的专家系统由两个子系统组成：(1) 使用作者之前工作中的 SVM 模型，根据模拟数据集，从不同的工艺参数预测飞行中粒子的特性；(2) 开发 ANFIS，根据实验数据集，从飞行中粒子的特性预测 DE。结果表明，所开发的专家系统能够精确估计 DE，均方根误差 (RMSE) 约为 1.1%。通过预测每组工艺参数的 DE 值，所提出的系统可实现可持续的、具有成本效益的涂层。 论文链接（英文）。 最初发表于《Journal of Thermal Spray Technology》（第 […]
本文研究了高速氧气燃料（HVOF）热喷涂工艺参数对用市售 Amperit 551 WC-CrC-Ni 粉末制备的金属陶瓷涂层性能的影响。为优化生产工艺，采用了三种不同的加工参数，以获得优异的机械性能和无微观结构缺陷的全致密材料。沉积由 GLC5 喷枪进行。喷涂流中粉末颗粒的速度和温度由 Tecnar Accuraspray 监测仪进行监测。沉积涂层的质量通过光学显微镜、扫描电子显微镜和 X 射线衍射仪进行分析。使用能量色散光谱测定了所用粉末和喷涂的 WC-CrC-Ni 涂层的化学成分。研究发现，喷涂参数对涂层的微观结构和相组成的影响微乎其微。然而，孔隙率和表面粗糙度受工艺参数变化的影响很大。为了评估 HVOF 喷涂涂层的基本机械性能，使用了仪器进行维氏硬度测量。涂层硬度的平均值超过 1400 HV 0.1，压痕模量的变化范围为 152-279 […]
在过去的 25 年中，我们见证了大气等离子喷涂 (APS)、高速氧气燃料喷涂 (HVOF) 和悬浮等离子喷涂 (SPS) 等热喷涂工艺从研发向主流生产技术的转变。由于热喷涂是一种多参数、多反应的工艺，因此容易受到工艺不稳定因素的影响。在喷涂大量涂层的生产线上，一致性和可重复性至关重要。由于进料速度、颗粒速度、温度、电极磨损和喷嘴堵塞等工艺参数会极大地影响涂层性能，因此监测和控制这些参数可以显著提高工艺的可重复性。本研究介绍了在线过程监控传感器 Accuraspray 4.0 的改进，以实现可重复性涂层。Accuraspray 4.0 引入了一种新的工艺稳定性测量方法，以量化和控制热喷涂工艺中的可变性，并使工艺监控更便于生产。该传感器包括一个稳定性分析工具，可将标称焰流参数的实时标准偏差与利用统计原理找到的基准值进行比较。本研究详细介绍了过程稳定性测量背后的理论，并介绍了与一家采用这一新功能的汽车生产厂合作进行的案例研究。研究发现，监测所测参数的标准偏差可以让用户控制热喷涂工艺的稳定性，从而以更高的信心喷涂大量涂层。此次升级使 Accuraspray 4.0 距离成为热喷涂生产设备的行业标准又近了一步。 论文链接（英文） 关键词: 飞行颗粒诊断, 过程监测, […]
钇铝石榴石（YAG）由于其高温稳定性和更好的耐 CMAS（钙镁铝硅酸盐）性能，是一种很有前途的热障涂层面漆材料。YAG 面漆通过悬浮液和溶液前驱体高速氧燃料 (HVOF) 热喷涂沉积。通过一系列表征技术和热循环测试研究了加工、微观结构和最终性能之间的关系。化学计量溶液前驱体（SP-YAG）喷涂的YAG 面漆的微观结构具有分布的孔隙和片间边界，而悬浮液（S-YAG）喷涂的面漆具有垂直和分支的微裂纹、孔隙、和片间边界。两种喷涂涂层均由非晶相、六方钇铝钙钛矿（YAP）和立方 YAG 组成。在热循环测试中，第10次循环后 SP-YAG 失效达到 20%；而 S-YAG 在第 60 到 70 个循环之间达到了失效标准。SP-YAG 和 S-YAG 面漆均因热循环过程中的热应力而失效。 […]
在许多工程应用中，高速微米级颗粒的冲击现象虽然通常被认为是有害的，但如果能够正确理解和控制，也是有益的。冷气体动态喷射（CGDS）工艺是一种表面改性、修复和增材制造工艺，它依赖于这种高速冲击。在该工艺中，固体颗粒被超音速气流加速到 1200 米/秒的速度，同时被加热到低于其熔点的温度。在适当的速度和温度下推进时，颗粒可以粘合到目标表面上。这种粘合是由接触界面上发生的界面变形过程引起的。因此，这一过程在很大程度上依赖于气体/颗粒和颗粒/基底之间的相互作用。尽管已经进行了大量的实验和/或数值研究来描述 CGDS 过程中粒子飞行和撞击过程中发生的现象，但对许多现象仍然知之甚少。首先，基底表面的地形条件对颗粒变形和成功附着能力（即原子和/或机械附着）的影响尚未得到深入研究，因此对其影响还不甚了解。在这一过程中，实验研究与数值研究之间差距最大的另一个方面是缺乏粒子飞行中的温度测量。事实证明，获取此类数据在技术上十分困难。颗粒飞行时间短、颗粒温度低、颗粒尺寸小，导致无法使用成熟的热喷涂测温设备。与此相关的是，由于缺乏此类测量数据，无法对颗粒/基底界面上与冲击有关的现象进行适当的实验研究。因此，颗粒大小与温度的关系对涂层整体性能和原子结合的影响目前只能依靠估计。最后，对于硬基底上的软颗粒沉积，颗粒撞击特性对界面现象的影响，即颗粒尺寸和几何形状、速度/温度和氧化鳞片厚度，对单个颗粒碰撞时的附着力和变形的影响，研究也很少。因此，目前的研究工作旨在研究颗粒/气体传热和颗粒/基底碰撞特征的基本方面，以加深对 CGDS 过程的理解。我们将采用不同的表面制备方法来制造各种表面粗糙度和地形特征，以便清楚地了解目标表面状态对涂层形成和附着力的影响。此外，还将利用依靠新技术的新设备（即高速红外摄像机）来获取粒子飞行时的温度读数并进行序列记录。随后，将利用实验粒子飞行温度读数来开发计算流体动力学模型，以验证目前使用的努塞尔特数相关性和传热方程。将通过实验研究颗粒大小对温度的影响，以及颗粒在撞击目标表面时的弹性和塑性响应及其成功粘合和形成涂层的能力。在实验结果的基础上，还将进行全面的 CFD 数值工作，以提供成功沉积颗粒的全部撞击特征（速度、温度、尺寸和轨迹）。最后，在接下来的研究中，将利用数值结果将单个颗粒的变形、附着力和界面特征与冲击特征联系起来。有限元模型将用于研究与颗粒大小相关的温度对单颗粒界面压力、温度和粘合能力的影响。 论文链接（英文） 原文为渥太华大学论文 作者：Aleksandra Nastic […]
众所周知，由于镍和铝之间的放热反应，镍铝复合粉末可用于沉积自粘涂层，作为普通陶瓷涂层的粘结涂层。但研究发现，对于粒径较大的商用镍铝复合粉末，很难通过等离子喷涂点燃镍和铝之间的自促进反应形成镍铝金属间化合物。本研究采用不同粒径的 Ni-Al 复合粉末颗粒，通过等离子喷涂制备基于 Ni-Al 金属间化合物的涂层，研究了镍和铝之间的放热反应以及涂层微观结构对粉末粒度和喷涂参数的依赖性。通过 X 射线衍射、扫描电子显微镜和图像分析对涂层的相组成、微观结构、孔隙率和氧化物含量进行了表征。结果表明，Ni-Al 复合粉末的粒度是控制等离子喷涂过程中 Ni-Al 金属间化合物形成的放热反应的主要因素。 当使用大于约 50 μm 的粉末时，即使使用高等离子弧功率产生的等离子火焰加热，也无法完成形成铝化物的反应。然而，当使用小于 50 μm 的较小粉末时，放热反应可在等离子喷涂中迅速完全发生，从而将镍-铝液滴加热到最高温度，以形成自键效应。熔融液滴温度与所得涂层的拉伸粘合强度之间的正相关关系得到了确认，从而证实了高液滴温度对粘合强度或内聚强度的贡献。 论文链接（英文） 关键词：镍包铝，粉末粒度，放热反应，镍铝金属间化合物，等离子喷涂，自粘结 原文发表于：《J […]
在燃气涡轮发动机的燃烧室中，ZrO2-8wt.%Y2O3（YSZ）TBC 通常是通过传统火炬使用基于 Ar-/H2 的等离子体进行空气等离子喷涂 (APS)。或者，也可以使用 N2/H2 等离子体，这样有可能提高整体沉积效率 (DE)，从而减少高价值原料粉末的消耗。此外，通过提高沉积效率，还可以缩短喷涂时间，从而为降低生产成本做出贡献。在这项工作中，使用 Metco 9MB 传统割炬，用氩气和二氧化氮等离子体与不同的 YSZ 粉末制备了 TBC。与氩基等离子体相比，使用 N2 基等离子体可获得更高的颗粒温度和更低的颗粒速度值。在氩基和 N2 基等离子体中测得的 DE 值分别为 […]
