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 […]
热喷涂涂层有多种用途，如防腐蚀、提高耐磨性、耐高温等。涂层的性能取决于其形态，它由飞溅物、孔隙、氧化物夹杂物以及夹带的未熔化或溶解颗粒组成。在电弧喷涂工艺（ASP）中，热源是两根具有不同电动势的金属导线接触产生的电弧，载气是压缩空气。喷出液滴的速度、尺寸和热特性与涂层的形态和性能有关。本研究的主要目标是评估不同材料（碳钢、不锈钢和铁锰铬镍合金）的化学成分如何改变速度、温度和颗粒大小。目的是预测工艺参数的改变将如何改变颗粒的特性。在飞行过程中，这些材料具有相似的行为倾向：速度增加到一个峰值，然后降低，但对于不同粒度的材料，这个最大值是不同的。除奥氏体不锈钢和铁锰铬硅镍合金在飞行过程中液滴温度升高外，其它合金的液滴在远离喷枪后冷却下来。这些合金在飞行过程中的化学成分变化也更大。 论文链接（英文） 关键词：热喷涂，颗粒特性，电弧喷涂工艺，飞行中 原文发表于《Coatings》（2020 年，10(4), 417） 作者：Rodolpho F. Vaz，Anderson G. M. Pukasiewicz，Hipólito D. C. Fals，Luciano A. Lourençato，Ramon S. C. Paredes […]
悬浮式高速纯氧热喷涂是一种以超音速和纳米-微米数量级的颗粒长度尺度为特征的系统。随着稀化效应的显著增加，连续模型中的假设开始崩溃，稀化效应可通过流动的努森数进行评估。必须对数值模型进行修改，以纳入稀化效应。本研究旨在将稀化效应纳入悬浮式高速富氧燃料 (SHVOF) 热喷涂工艺的计算流体动力学 (CFD) 模型中。采用的传热系数模型考虑了努森效应和马赫数效应。最后，对努塞尔特数的 Ranz-Marshall 相关性与 Kavanau 相关性和可压缩努塞尔特数相关性进行了比较。该模型通过对粒子温度的比较进行验证。粒子温度是通过使用市售的 Accuraspray 4.0 诊断系统进行双色高温计测量获得的。这项研究表明，如果考虑到可压缩性的影响和稀释对努塞尔特数的影响，对飞行中颗粒温度的预测会有明显改善。 论文链接（英文） 关键词：悬浮热喷涂，SHVOF，HVSFS，稀释，Knudsen，Accuraspray 原文发表于《国际传热与传质学报》（第 152 卷，2020 年 5 月，119454） […]
自 20 世纪 70 年代以来，Ar-H2 等离子体一直是为燃气轮机行业沉积 ZrO2-Y2O3 (YSZ) 热障涂层 (TBC) 而采用的标准空气等离子喷涂 (APS) 气体系统，尤其是传统的等离子喷枪。N2-H2 等离子体虽然成本低得多，而且能产生更高的 YSZ 沉积效率 (DE)，但并未成为主流等离子体系统。出现 N2-H2 问题的原因可能是初步的 APS […]
摩擦是任何由运动机械零件组成的设备提高能效的一个主要问题，会影响设备的耐用性和可靠性。石墨烯纳米颗粒（GNPs）是减少摩擦和磨损的良好候选材料，而悬浮式高速纯氧燃料（SHVOF）热喷涂是一种很有前途的技术，可实现可扩展的快速沉积，但这种技术会使石墨烯纳米颗粒暴露在过高的热量下。在这项工作中，我们探索了在 SHVOF 热喷涂中径向注入 GNPs 的方法，以减少它们与高温火焰的相互作用，同时还能实现高动量传递和有效沉积。我们使用 Accuraspray 4.0 对不同火焰功率下的高速成像和颗粒温度与速度监测进行了研究，研究了原料喷射参数，如流速、喷射角度和位置。针对氧化铝平衡球的无润滑球对平滑动磨损测试表明，与裸基底相比，摩擦系数降低了 10 倍，降至 0.07。沉积的 GNP 层可实现低摩擦干滑动，从而保护底层基材。透射电子显微镜研究表明，GNPs 在喷涂后仍保持结晶性，而在磨损后则变得非晶化和起皱。这项研究的重点是 GNPs，但也适用于其他对热和氧化敏感的材料，如聚合物、氮化物和二维材料。 a class=”btn-tec black” href=”https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1909/1909.04940.pdf” target=”_blank” […]
本文对氧化钛涂层的高速氧燃料沉积阶段进行了分析和报告。 对于沉积的第一阶段，使用流程图来评估沉积参数（例如间隔距离（SOD）、送粉速率（PFR）和燃料/氧气比（F/O））对沉积速度和温度的影响。 -飞行粒子。 然后将这些参数与颗粒尺寸分布 (PSD) 相结合，以进一步优化沉积过程，考虑喷雾迹线宽度以及由碎片和非熔融颗粒覆盖的区域作为响应。 此外，通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜和纳米压痕获得了单个板片、半和/或非熔融颗粒或涂层的簇的结构、形态和机械特性。 在涂层形成过程中，较低的 PFR 和 F/O 会产生更多的溅射颗粒和更少的半熔融和/或非熔融颗粒簇，而 PSD 会影响喷涂轨迹的宽度。 F/O 和 SOD 较高水平的组合与高百分比的 TiO2 splat […]
