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 […]
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 […]
从 1973 年麦克弗森（McPherson）在热喷涂传统氧化铝涂层（使用数十微米大小的喷涂颗粒）中发现纳米级特征的开创性工作，到最近旨在利用纳米级原料颗粒制造纳米结构涂层的最先进工作，热喷涂界与纳米级特征和原料的关系已有 30 多年的历史。 无论是原料的开发（特别是通过低温研磨，以及能够制造亚微米级或纳米级涂层结构的工艺，例如由纳米级颗粒制成的微米级团聚体作为原料），还是热喷涂工艺（例如悬浮和液体前驱体热喷涂技术）的出现，都是出于制造性能更强涂层的需要。这些技术产生了两种不同类型的涂层：一种是具有所谓双峰结构的涂层，纳米级区域嵌入微米级区域，其喷涂工艺与传统涂层类似；另一种是通过悬浮或溶液喷涂实现的亚微米级或纳米结构涂层。与悬浮喷涂相比，溶液前驱体喷涂使用分子混合的前驱体作为液体，避免了制备粉末的单独加工路线，可以合成各种氧化物粉末和涂层。这些涂层可用于各种应用，从改进的隔热层和耐磨表面到固体氧化物燃料电池系统的稀薄固体电解质，等等。 与此同时，与传统的热喷涂工艺相比，这些工艺对参数变化更为敏感，因此操作更为复杂。建模活动、诊断工具和策略的演变以及实验进展的独特结合，使得该领域取得了进展，开发出了多种涂层结构，在许多情况下都表现出独特的性能。本文详细介绍了几个实例。本文将陆续介绍以下几个方面：(i) 用于制造此类涂层的两种喷涂技术：热等离子体和 HVOF；(ii) 为飞行中诊断微米级颗粒和液体与热气流相互作用而开发的传感器；(iii) 三种喷涂工艺：使用纳米级颗粒的微米级团聚体进行传统喷涂、悬浮喷涂和溶液喷涂；(iv) 这些材料的特殊结构带来的新问题，特别是这些涂层的表征；(v) 潜在的工业应用。 要取得进一步的进展，需要科学界和工业界开展新的研发活动，以解决、了解和控制复杂的机理，特别是在考虑悬浮和液体前驱体热喷涂技术时，热流-液滴或液流的相互作用。仍需努力开发新的测量设备，以诊断平均直径低于 2 微米的飞行中液滴或颗粒，并验证对液体-热气相互作用的假设。 此外，还需要努力进一步开发一些适用于此类纳米结构涂层特性的表征协议，因为一些通常用于热喷涂涂层的现有 “传统 “协议已不再适用，特别是在处理空隙网络结构时，因为许多涂层特性都是从空隙网络结构中衍生出来的。 论文链接 […]
焰流传感器技术可帮助传统热喷涂车间提高许多不同工艺类别的工艺一致性和产量。在喷涂研磨材料时，使用 SprayView 系统分析粉末喷射器的喷射位置，有助于确定最佳喷涂位置以及粉末和载气的组合。对于冷喷涂，由于许多材料的末端速度非常重要，而且取决于颗粒的大小/分布，DPV/CPS 2000 系统可通过激光技术评估焰流中的 seed 和大小分布。对于 HVOF 和任何其它传统热喷涂工艺，热能（温度）、强度（粉末进料和热质量）和速度（速度）的平衡对于工艺的成功至关重要，Accuraspray 系统可以测量这些平衡，并在同一屏幕上监控基底的最高温度。焰流传感器的数据可与微观结构、拉伸和硬度数据结合使用，以满足甚至超过严格的航空规格要求。本文将讨论 Accuraspray 系统在实际生产中的应用。 论文链接（英文） 原文发表于《Ceramics International》（第 49 卷第 13 期，2023 年 […]
使用 Ar 和 N2 作为主等离子气体生产了热障涂层。对工艺和涂层的各个方面进行了研究。研究发现，使用 N2 可以产生较高的飞行中粒子温度，但粒子速度较低。与氩气相比，使用 N2 可以将沉积效率提高两倍。使用这两种主要气体可以生产出孔隙率、硬度、杨氏模量和热扩散率值相似的涂层。在 1400 °C 下进行热处理时，涂层表现出相似的变化（硬度、刚度和热扩散率增加）。不过，经过 N2 处理的涂层的杨氏模量和热扩散率值往往较低。这些结果表明，在 TBC 沉积过程中使用 N2（而不是 Ar）作为主要等离子气体，在减少粉末消耗和提高生产率方面具有潜在优势。 论文链接 (英文) […]
通过等离子喷涂沉积的先进涂层被广泛应用于各种工业领域。 喷涂涂层通常用于工业领域，保护零件免受恶劣工作条件的影响，或生产具有特定功能的表面。其应用遍及许多工业领域，如航空航天、汽车、能源生产和生物医学植入等。 涂层是通过连续沉积熔融或部分熔融颗粒而形成的，这些颗粒在接触基材后会变平并固化，形成薄片。涂层的特性与这些薄片的特性密切相关，而薄片的特性又取决于喷涂时的颗粒特性和基底温度。因此，开发用于监测和控制这些喷涂参数的诊断工具将有助于提供必要的信息，以研究涂层形成过程，优化涂层性能，并最终控制生产中的喷涂过程。 本文回顾了应用于监测等离子喷涂颗粒的光学诊断技术的一些最新发展。 本文第一部分介绍了两种不同的飞行中粒子测量传感技术。首先，介绍了单个粒子的时间分辨诊断技术。该技术用于研究与等离子体波动相关的粒子特性的不稳定性。其次，介绍了一种适用于工业生产环境的技术，用于测量粒子喷射的集合特性。论文的第二部分介绍了利用光学系统研究基底温度对冲击平面基底的喷射颗粒的扁平化和凝固的影响。本文的最后一部分介绍了在严格控制等离子体喷射粒子的温度和速度的基础上优化纳米结构涂层的方法。 论文链接 (英文) 关键词：粒子诊断、等离子喷涂、光学传感器、粒子扁平化、纳米结构涂层 最初发表于《纯应用化学》，第 77 卷，第 2 期，第 443-462 页，2005 年 作者：C. Moreau, J.-F. Bisson, […]
