本文關(guān)鍵詞：高壓冷噴涂中送粉氣流對(duì)粒子流撞擊特性的影響

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【摘要】：冷噴涂技術(shù)(CGDS)是近二十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型噴涂工藝。冷噴涂中,微米尺寸(小于50μm)噴涂粒子在低于熔點(diǎn)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)沉積,因此可以有效避免氧化、融化、相變等一些常常在熱噴涂中出現(xiàn)的不利現(xiàn)象。一般而言,噴涂粒子撞擊速度和撞擊溫度越高,沉積效率越高,涂層質(zhì)量越好。因此如何提高粒子撞擊參數(shù)是冷噴涂工藝研究的重點(diǎn)。高壓冷噴涂中,為了穩(wěn)定安全地注入噴涂粒子,送粉氣流除了要具備比主加速氣流更高的壓力外,還要保持較低的溫度以防止噴涂粉末粘結(jié)在高溫的送粉管壁上。然而送粉氣流對(duì)氣體流場(chǎng)和粒子流加速的作用及影響在冷噴涂研究中常常被忽略。首先,實(shí)驗(yàn)結(jié)合模擬發(fā)現(xiàn)噴管軸線附近粒子受低溫送粉氣流影響撞擊參數(shù)較低,這會(huì)給涂層質(zhì)量均一性帶來(lái)不利影響。主要表現(xiàn)在隨著送粉壓力的增加堆積涂層中心呈現(xiàn)出較為嚴(yán)重的裂縫和裂紋。另外基板的預(yù)熱溫度也隨送粉壓力的增加而降低,基板附近涂層也因此呈現(xiàn)出大量的氣孔,并且越遠(yuǎn)離基板中心位置氣孔越多。其次,利用數(shù)值模擬的方法進(jìn)一步分析了送粉氣流相關(guān)參數(shù)對(duì)粒子流撞擊參數(shù)分布規(guī)律的影響。發(fā)現(xiàn)致使噴管軸線附近粒子撞擊參數(shù)較低的原因是送粉氣流和主加速氣流未能進(jìn)行充分混合致使低溫送粉氣流集中在噴管中心影響附近粒子加速。事實(shí)上,兩股氣流混合程度不同,兩股氣流間的熱量和動(dòng)量交換程度、噴管內(nèi)氣體流動(dòng)加速表現(xiàn)、粒子流運(yùn)動(dòng)軌跡以及粒子流中不同位置粒子的加速情況也會(huì)有所不同。當(dāng)送粉氣流壓力相對(duì)主加速氣流壓力較大時(shí)、喉部直徑與送粉管直徑比較小時(shí)、送粉位置遠(yuǎn)離噴管入口時(shí),預(yù)混室或噴管漸縮段內(nèi)出現(xiàn)的渦旋現(xiàn)象可以促進(jìn)兩股氣流的混合。結(jié)果噴管內(nèi)的氣體流動(dòng)受益于兩股氣流間良好的熱量動(dòng)量交換表現(xiàn)出充分發(fā)展湍流的特性,噴管軸線附近粒子的加速狀況因此也得到了較大程度的改善。然而,較大的送粉壓差和較小的喉部直徑與送粉管直徑比會(huì)引起低溫送粉氣流質(zhì)量流量百分比的增加,從而降低粒子流的整體撞擊速度;而較長(zhǎng)的預(yù)混室送粉不僅可以優(yōu)化粒子流撞擊速度分布,還可以提高粒子流整體撞擊速度。此外還發(fā)現(xiàn)送粉氣流和粒子流擴(kuò)散之間有著密不可分的聯(lián)系。這是因?yàn)樗头蹥饬鞯淖⑷霑?huì)對(duì)主加速氣流造成擾動(dòng)并在兩股氣流的交界面處產(chǎn)生湍流,湍動(dòng)能的大小直接決定了粒子流的擴(kuò)散程度,進(jìn)而決定了冷噴涂中的一次噴涂的寬度。另外,本文還探討了送粉氣流種類對(duì)粒子流撞擊特性的影響。發(fā)現(xiàn)主加速氣流為空氣送粉氣流為氦氣時(shí),噴管內(nèi)的氣體流動(dòng)可以在兩股氣流幾乎沒(méi)有混合的情況下,僅依靠氦氣優(yōu)良的加速性能就可以表現(xiàn)出充分發(fā)展湍流的流動(dòng)特點(diǎn)。結(jié)果噴管軸線附近的粒子隨之受益展現(xiàn)出優(yōu)良的加速表現(xiàn)。對(duì)比不同氦氣質(zhì)量百分比的空氣-氦氣混合氣體對(duì)粒子流加速的影響,可以發(fā)現(xiàn)空氣主加速氣流-氦氣送粉氣流工況下,粒子流有更好的加速效果且更具經(jīng)濟(jì)性�？傊�,本文以高壓冷噴涂為研究對(duì)象探討了送粉氣流對(duì)涂層沉積質(zhì)量的影響,并分析了送粉參數(shù)變化對(duì)粒子流撞擊特性的影響規(guī)律,為實(shí)踐操作中送粉參數(shù)的合理選取提供依據(jù)和指導(dǎo),以達(dá)到獲得高質(zhì)量沉積涂層的目的。
【關(guān)鍵詞】：高壓冷噴涂 送粉氣流 粒子流 撞擊參數(shù)分布
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB306
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 課題研究背景9
• 1.2 冷噴涂技術(shù)介紹9-13
• 1.3 影響冷噴涂涂層質(zhì)量的因素13-17
• 1.3.1 涂層形成過(guò)程和粒子沉積機(jī)理13-14
• 1.3.2 噴涂粒子有效沉積的條件14-15
• 1.3.3 撞擊參數(shù)對(duì)涂層質(zhì)量的影響15-16
• 1.3.4 基體溫度對(duì)涂層質(zhì)量的影響16-17
• 1.4 影響氣體流場(chǎng)以及噴涂顆粒加速的因素17-22
• 1.4.1 噴管一維理論17-18
• 1.4.2 噴管激波理論18-19
• 1.4.3 噴涂氣體參數(shù)的影響19-21
• 1.4.4 噴管結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響21-22
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容和意義22-25
• 2 基礎(chǔ)理論分析25-35
• 2.1 高壓冷噴涂送粉過(guò)程理論分析25-31
• 2.1.1 高壓冷噴涂介紹25-28
• 2.1.2 高壓冷噴涂送粉氣流特點(diǎn)28-29
• 2.1.3 送粉過(guò)程理論分析29-31
• 2.2 數(shù)值計(jì)算理論基礎(chǔ)31-34
• 2.2.1 連續(xù)相控制方程31-32
• 2.2.2 離散相模型32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 3 送粉氣流影響下涂層的沉積特點(diǎn)35-49
• 3.1 模擬模型35-36
• 3.2 模擬方法驗(yàn)證36-38
• 3.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備38-40
• 3.4 結(jié)果分析40-47
• 3.4.1 低溫送粉氣流對(duì)氣體流場(chǎng)以及粒子流加速的影響40-44
• 3.4.2 低溫送粉氣流對(duì)沉積涂層質(zhì)量均勻性的影響44-45
• 3.4.3 低溫送粉氣流對(duì)基板附近涂層質(zhì)量的影響45-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 4 送粉參數(shù)對(duì)粒子流撞擊特性的影響49-77
• 4.1 模型優(yōu)化49-55
• 4.1.1 影響粒子流加速的因素49-53
• 4.1.2 數(shù)值模型的改進(jìn)53-55
• 4.2 送粉壓差的影響55-60
• 4.3 噴管喉部直徑與送粉管直徑比的影響60-64
• 4.4 送粉位置的影響64-69
• 4.5 送粉氣流種類的影響69-75
• 4.5.1 空氣主氣流，，氦氣送粉和空氣送粉的比較70-72
• 4.5.2 空氣主氣流-氦氣送粉氣流與氦氣-空氣混合加速的比較72-75
• 4.6 本章小結(jié)75-77
• 5 總結(jié)與展望77-79
• 5.1 總結(jié)77-78
• 5.2 展望78-79
• 致謝79-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 附錄87
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文87

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：657828