3D打印技術(shù)具有制造流程短、個性化強、近終成形等特點,被廣泛應(yīng)用于制造鈦合金零件,其中鈦粉是3D打印技術(shù)的關(guān)鍵原材料。鈦粉的質(zhì)量直接影響最終產(chǎn)品的性能,3D打印用鈦粉要求具有球形度高、含氧量低、粒徑細(xì)小等特點。傳統(tǒng)的鈦粉制備方法存在著細(xì)粉收得率低、霧化效率差、設(shè)備能耗大等缺點,這些導(dǎo)致了制備高質(zhì)量鈦粉成本昂貴。因此,制備成本低廉的高質(zhì)量鈦粉對于3D打印技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本論文以制備低成本、高質(zhì)量球形鈦粉為研究目標(biāo),將無坩堝式熔化技術(shù)與氣霧化技術(shù)相結(jié)合,提出了“高頻感應(yīng)熔化鈦絲氣霧化”制備技術(shù),并研制高頻感應(yīng)鈦絲氣霧化制粉設(shè)備。采用數(shù)值模擬和實驗相結(jié)合的方法系統(tǒng)研究了鈦絲高頻感應(yīng)熔化過程和在非約束條件下的緊耦合霧化機理,在高頻感應(yīng)熔化鈦絲氣霧化制粉設(shè)備成功建立的基礎(chǔ)上,開展了鈦粉制備工藝規(guī)律研究,對粉末特性進行表征,最終制備出低成本、高質(zhì)量球形鈦粉。主要研究結(jié)果如下:基于高頻感應(yīng)加熱原理以及鈦的物理性能,采用高頻感應(yīng)無坩堝方式熔化鈦絲。建立了包含電磁場、溫度場、流場的多物理場耦合的高頻感應(yīng)熔化鈦絲模型,利用COMSOL Multiphysics軟件分析了高頻感應(yīng)熔化鈦絲過程中多物理...

【文章頁數(shù)】：151 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 研究背景及意義
    1.3 球形鈦粉制備方法研究現(xiàn)狀
        1.3.1 惰性氣體霧化法
        1.3.2 電極感應(yīng)熔化氣體霧化法
        1.3.3 等離子惰性氣體霧化法
        1.3.4 等離子旋轉(zhuǎn)電極法
        1.3.5 旋轉(zhuǎn)盤霧化法
        1.3.6 等離子火炬霧化法
        1.3.7 等離子球化法
        1.3.8 超聲波霧化法
        1.3.9 球形鈦粉制備方法總結(jié)
    1.4 鈦熔煉技術(shù)及數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.4.1 鈦及其合金熔煉方法概述
        1.4.2 鈦熔煉數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
    1.5 氣霧化制粉原理及噴嘴研究進展
        1.5.1 氣霧化制粉原理
        1.5.2 鈦粉霧化噴嘴及其結(jié)構(gòu)研究進展
        1.5.3 霧化噴嘴氣流場數(shù)值模擬研究進展
    1.6 霧化工藝參數(shù)對粉末性能的影響研究
    1.7 研究內(nèi)容、方案及創(chuàng)新點
        1.7.1 研究內(nèi)容
        1.7.2 研究方案
        1.7.3 主要創(chuàng)新點
2 實驗材料與方法
    2.1 實驗材料
    2.2 數(shù)值模擬軟件
    2.3 分析測試方法
        2.3.1 粉末粒度分析
        2.3.2 粉末形貌分析
        2.3.3 熔體溫度測量
        2.3.4 粉末物性測量
        2.3.5 粉末球化率測量
        2.3.6 粉末氧含量測定
        2.3.7 微觀組織觀察
        2.3.8 霧化氣流壓力測量
3 高頻感應(yīng)熔化鈦絲的數(shù)值模擬及機理研究
    3.1 引言
    3.2 實驗設(shè)計理論依據(jù)
    3.3 鈦絲感應(yīng)熔化模型的建立
        3.3.1 模型建立及網(wǎng)格劃分
        3.3.2 控制方程及邊界條件
        3.3.3 材料物性參數(shù)確定
        3.3.4 計算求解設(shè)置
    3.4 感應(yīng)加熱線圈形狀對電磁場及溫度場影響規(guī)律
    3.5 不同直徑鈦絲加熱過程中變化規(guī)律
    3.6 電流頻率對鈦絲加熱效率的影響規(guī)律
    3.7 高頻感應(yīng)熔化鈦絲過程及機理研究
    3.8 實驗驗證
    3.9 本章小結(jié)
4 緊耦合非約束式霧化流場結(jié)構(gòu)及霧化機理研究
    4.1 引言
    4.2 噴嘴整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
        4.2.1 噴嘴噴管設(shè)計
        4.2.2 中心孔結(jié)構(gòu)設(shè)計
    4.3 噴嘴模型建立
        4.3.1 模型建立及網(wǎng)格劃分
        4.3.2 流體動力學(xué)控制方程
        4.3.3 邊界條件
        4.3.4 求解設(shè)置
    4.4 緊耦合非約束式霧化噴嘴流場氣體動力學(xué)分析
        4.4.1 霧化氣流夾角對氣流場影響規(guī)律
        4.4.2 緊耦合非約束式霧化噴嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        4.4.3 霧化壓力對氣流場的結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律
        4.4.4 霧化壓力對滯點以及馬赫盤位置的影響規(guī)律
        4.4.5 霧化壓力對抽吸壓力的影響規(guī)律
    4.5 緊耦合非約束式霧化氣液兩相流破碎過程及機理研究
        4.5.1 液流初次破碎機理研究
        4.5.2 液滴二次破碎機理研究
        4.5.3 霧化模型的提出
    4.6 本章小結(jié)
5 高頻感應(yīng)熔化鈦絲氣霧化制粉設(shè)備的研制及建立
    5.1 引言
    5.2 高頻感應(yīng)熔化鈦絲氣霧化制粉設(shè)備組成
    5.3 傳送系統(tǒng)研制
    5.4 熔化系統(tǒng)研制
    5.5 霧化系統(tǒng)研制
    5.6 高頻感應(yīng)熔化鈦絲氣霧化制粉設(shè)備的建立
        5.6.1 設(shè)備說明
        5.6.2 調(diào)試與結(jié)果
    5.7 本章小結(jié)
6 高頻感應(yīng)熔化鈦絲緊耦合氣霧化連續(xù)制備技術(shù)工藝研究
    6.1 引言
    6.2 鈦粉制備工藝流程
    6.3 霧化壓力對鈦粉性能的影響
    6.4 熔體溫度對鈦粉性能的影響
    6.5 送絲速度對鈦粉性能的影響
    6.6 霧化氣體純度對粉末性能影響
    6.7 霧化工藝優(yōu)化及粉體表征
    6.8 球形鈦粉制備技術(shù)對比
    6.9 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3863415