Category: DPV

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 […]

阅读更多……

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, […]

阅读更多……

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 […]

阅读更多……

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。 […]

阅读更多……

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 […]

阅读更多……

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） […]

阅读更多……

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 […]

阅读更多……

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 […]

阅读更多……

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 […]

阅读更多……