DPV Archives - 第2页共4页 - Tecnar Thermal Spray

任意形状基底上热喷涂涂层的形成建模

发表于 December 10, 2023 (July 10, 2024) 发表人 Flavia Fu

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） […]

冷喷中残余应力及应力演变和分布的有限元模拟建模参数

发表于 August 9, 2023 (February 22, 2024) 发表人 Flavia Fu

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 […]

大气等离子体喷涂不同的氧化镁/氧化铝原料

发表于 February 2, 2023 (February 22, 2024) 发表人 Flavia Fu

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 […]

耐应变热障涂层的沉积、微观结构和热循环性能

发表于 December 19, 2022 (January 29, 2024) 发表人 Flavia Fu

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 […]

开发用于预测等离子喷涂沉积效率的专业系统

发表于 December 1, 2022 (February 22, 2024) 发表人 Flavia Fu

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 […]

冷气体动态喷雾冲击：金属结合先决条件和实验粒子飞行中温度测量

发表于 May 5, 2021 (November 2, 2023) 发表人 Flavia Fu

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 […]

等离子喷涂镍铝复合粉末过程中粉末粒度和喷涂参数对镍/铝反应的影响

发表于 January 25, 2021 (March 27, 2024) 发表人 Flavia Fu

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 […]

电弧喷涂不同钢材的颗粒性能研究

发表于 October 2, 2020 (November 2, 2023) 发表人 Flavia Fu

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 […]

利用宏观和微观电化学方法了解不锈钢热喷涂涂层的腐蚀行为

发表于 June 14, 2019 (November 2, 2023) 发表人 Flavia Fu

高速氧气燃料热喷涂不锈钢涂层因其出色的耐侵蚀性而备受青睐。然而，与原始块状材料相比，制造过程会导致耐腐蚀性能下降。在此，我们使用不同的沉积参数在不锈钢基底上制作不锈钢涂层，以研究由此产生的复合钢的腐蚀性能，并阐明其在宏观和微观尺度上的腐蚀行为。在腐蚀环境中进行的宏观电位极化测量显示了铁铬合金涂层的降解速度。在短时间浸泡后，涂层显示出类似铁的活性腐蚀行为，阳极分支上没有钝化区。随着时间的推移，涂层的腐蚀行为开始发生变化，显示出与纯铬相似的结果。原位电子显微镜和元素组成显示，涂层表面留下了富含氧化铬的层。在涂层和粉末材料上分别采用了扫描电化学显微镜和扫描微量移液管接触法等微电化学技术，结果表明，热喷涂涂层所具有的保护钝性不足主要是由雾化的粉末不锈钢材料所继承的。论文链接（英文）原文发表于《npj Materials Degradation》（第3卷，文章编号：25（2019））作者：Samantha Michelle Gateman, Ilias Halimi, Alexandre Romão Costa Nascimento, Robert Lacasse, Robert Schulz, Christian Moreau, […]