3D打印技術(shù)具有制造流程短、個(gè)性化強(qiáng)、近終成形等特點(diǎn),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(diǎn)。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(diǎn),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(duì)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(wú)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(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法系統(tǒng)研究了鈦絲高頻感應(yīng)熔化過(guò)程和在非約束條件下的緊耦合霧化機(jī)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(kāi)展了鈦粉制備工藝規(guī)律研究,對(duì)粉末特性進(jìn)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(wú)坩堝方式熔化鈦絲。建立了包含電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的多物理場(chǎng)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(guò)程中多物理...

【文章頁(yè)數(shù)】：151 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題來(lái)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(jìn)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(jìn)展
        1.5.3 霧化噴嘴氣流場(chǎng)數(shù)值模擬研究進(jìn)展
    1.6 霧化工藝參數(shù)對(duì)粉末性能的影響研究
    1.7 研究?jī)?nèi)容、方案及創(chuàng)新點(diǎn)
        1.7.1 研究?jī)?nèi)容
        1.7.2 研究方案
        1.7.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)材料
    2.2 數(shù)值模擬軟件
    2.3 分析測(cè)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(cè)量
        2.3.4 粉末物性測(cè)量
        2.3.5 粉末球化率測(cè)量
        2.3.6 粉末氧含量測(cè)定
        2.3.7 微觀組織觀察
        2.3.8 霧化氣流壓力測(cè)量
3 高頻感應(yīng)熔化鈦絲的數(shù)值模擬及機(jī)理研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)算求解設(shè)置
    3.4 感應(yīng)加熱線圈形狀對(duì)電磁場(chǎng)及溫度場(chǎng)影響規(guī)律
    3.5 不同直徑鈦絲加熱過(guò)程中變化規(guī)律
    3.6 電流頻率對(duì)鈦絲加熱效率的影響規(guī)律
    3.7 高頻感應(yīng)熔化鈦絲過(guò)程及機(jī)理研究
    3.8 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    3.9 本章小結(jié)
4 緊耦合非約束式霧化流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及霧化機(jī)理研究
    4.1 引言
    4.2 噴嘴整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.2.1 噴嘴噴管設(shè)計(jì)
        4.2.2 中心孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    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(dòng)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(chǎng)氣體動(dòng)力學(xué)分析
        4.4.1 霧化氣流夾角對(duì)氣流場(chǎng)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(duì)氣流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律
        4.4.4 霧化壓力對(duì)滯點(diǎn)以及馬赫盤位置的影響規(guī)律
        4.4.5 霧化壓力對(duì)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(guò)程及機(jī)理研究
        4.5.1 液流初次破碎機(jī)理研究
        4.5.2 液滴二次破碎機(jī)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(shuō)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(duì)鈦粉性能的影響
    6.4 熔體溫度對(duì)鈦粉性能的影響
    6.5 送絲速度對(duì)鈦粉性能的影響
    6.6 霧化氣體純度對(duì)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(duì)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(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號(hào)：3863415