粉末颗粒在射频（RF）热等离子体中的飞行加热过程对等离子喷涂和球化具有重要意义。本研究通过实验和数值研究了二氧化铈（CeO2）粉末的这种加热过程。在实验中，将商用 CeO2 粉末（平均 30 μm）注入 RF 氩等离子体并用 DPV-2000 监测器测量温度。集成电磁、热流和传热预测的模型在氩等离子体中对粉末进行飞行加热。分别分析了不同直径的 CeO2 粉末的熔化过程、热阻效应下粉末的熔化时间。发现粉末颗粒的加热过程有三个主要阶段，其中加热阶段与无量纲参数 Biot 数有关。当 Biot≥0.1 时，热阻显著，尤其是对于较大的粉末。出口处颗粒的预测温度（1800-2880K）与实验测量结果一致。 […]
冷喷涂是一种新兴的增材制造技术，可用于修复金属和合金。片状物的附着强度和微观结构会影响冷喷涂修复部件的机械和摩擦学性能。本研究检查了商用纯 4 级 Ti 片状物的附着强度和微观结构。研究了初始粉末形态对在两种不同的气体预热温度 800 和 950 ˚C 下制备的冷喷涂样品的附着强度和微观结构的影响。使用片状物附着力测试测量单个片状物的附着强度。使用电子通道对比成像对片状物的横截面进行片状物的微观结构分析。我们的研究结果表明，升高气体温度可提高两种形态的附着强度。在两种气体预热温度下，有角形态粒子的片状物比不规则粒子表现出更高的附着强度。这是由于有角片状物表现出更高的变形程度和微观结构细化程度。不规则颗粒虽然以较高的速度撞击基体，但表现出较低的晶粒细化程度。不规则形态的初始孔隙保留在溅射中，尤其是远离溅射/涂层界面的地方。这些发现有助于我们了解冷喷涂技术及其在修复金属和合金中的潜在应用，强调了粉末形态和气体预热温度在实现冷喷涂部件的最佳附着强度和微观结构方面的重要性。 论文链接 (英文) 关键词：附着力、微观结构、冷喷涂、溅射、形态、Ti 作者：A. Alidokht Sima 和 Chromik Richard […]
采用空气等离子喷涂 (APS) 方法制备的热障涂层系统 (TBC) 被广泛认为是陆基发动机和航空发动机中最普遍的隔热材料。由于沉积过程中的显著热应力而产生的表面裂纹被广泛认为是提高 APS-TBC 应变耐受性和耐久性的有效策略。因此，具有通道表面裂纹的分段结构已被确定为一种非常特殊的 APS-TBC 类型，具有出色的应变耐受性和长期适用性。然而，控制沉积参数与导致 APS-TBC 中表面裂纹形成的分段开裂之间关系的潜在机制仍未完全阐明。在本文中，我们进行了实验分析，以研究五个选定的沉积参数对制造过程中面漆 (TC) 中诱导的峰值淬火应力的敏感性。随后，我们建立了五个沉积参数与峰值淬火应力之间的定量关系，增强了我们对这些参数如何影响分段开裂的理解。在研究过程中，我们利用DVP-2000设备监测了不同沉积条件下粒子的飞行参数，利用自主研发的实时曲率测量设备监测了涂层的力学参数，进一步分析了粒子与涂层参数之间的相关性。根据它们对淬火峰值应力的相对影响，我们确定这五个沉积参数对分段开裂的敏感性为：沉积功率>沉积速度>预热循环次数>沉积距离>进给速率。此外，根据实验结果，我们建议设置最佳沉积参数如下：最高功率、最低速度、最高预热循环次数、最低距离和最低进给速率，以提高制备表面裂纹密度可控的分段式APS-TBC的可能性。这些实验观察为改造APS设备或优化其参数以实现分段式APS-TBC的简单高效制备提供了有价值的指导。 论文链接 (英文) 关键词：空气等离子喷涂、热障涂层、分段结构、表面裂纹、沉积参数 作者：Yang LiuYu, Chen Yiwen, […]
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 […]
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 […]
等离子喷涂具有灵活性高的特点，但也面临着能耗高和金属喷涂颗粒氧化的挑战。为了应对这些挑战，人们开发了使用气体或固体护罩的改良等离子喷涂工艺，旨在减少等离子射流中环境空气的引入，提高工艺效率。之前的研究主要集中在单阴极等离子体发生器上，而在多弧等离子体喷涂系统中使用护罩的问题尚未得到深入探讨。本研究的主要目标是通过数值和实验分析固体护罩作为喷嘴延伸部分对三阴极等离子体发生器等离子射流的影响。计算流体动力学（CFD）被用来模拟固体护罩，由此设计的护罩被用于实验分析。实验装置包括一个带有透明窗口的喷嘴延伸部分，用于高速相机的诊断测量。为了将固体护罩的影响与功率输入的波动隔离开来，电流和电压测量与高速记录同步进行。此外，还进行了粒子诊断，以分析飞行中的粒子在无固体护罩和有固体护罩的情况下的特性。开发的数值模型可进一步用于优化不同工艺参数下的护罩几何形状。 论文链接（英文）。 最初发表于《热喷涂技术期刊》（2024 年 2 月 12 日） 作者：K. Bobzin、H. Heinemann、A. Dokhanchi。 […]
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 […]
