本文關鍵詞：超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層熱應力數(shù)值模擬　出處：《南昌航空大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：本文以Kermetico公司的AK-07型噴涂系統(tǒng)噴涂Fe41Co7Mo14C15B6Y2非晶合金涂層為參考,在ANSYS軟件平臺上,使用ICEM軟件對超音速火焰噴涂流體計算區(qū)域劃分網(wǎng)格,采用FLUENT計算流體力學軟件對超音速火焰噴涂過程進行三維數(shù)值模擬。通過提取流場分析的基體表面換熱系數(shù)及近壁面溫度參數(shù),采用ANSYS軟件的參數(shù)化編程語言編寫有限元計算程序,建立了基于生死單元技術的噴涂移動熱源模型。對模擬計算過程中所選用的噴涂速度、噴涂距離、顆粒粒徑、送粉率等參數(shù)進行實地測量,建立了可行的噴涂流場數(shù)值模型和涂層溫度場及應力場數(shù)值模型,對超音速火焰噴涂流場以及板狀基體的涂層溫度場和殘余應力場進行了三維數(shù)值模擬。采用K型熱電偶對觀察點的噴涂熱循環(huán)進行實測,通過金相法對涂層厚度進行實測,并采用多層涂層系統(tǒng)應力理論計算模型計算涂層殘余應力值,驗證數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。涂層溫度場模擬結(jié)果與實測溫度吻合良好,4個測量點的36個溫度峰值的偏差均在15%以內(nèi),涂層殘余應力場模擬結(jié)果與理論計算結(jié)果對比,48個對比的最大壓應力值中,39個應力值的偏差在15%以內(nèi),最大偏差為29.24%。研究了不同槍管型號和不同粒徑的噴涂顆粒對顆粒溫度和速度的影響。顆粒直徑越大,顆粒溫度、速度越低,顆粒粒徑為25um-30um時,顆粒的溫度為1350-1500K,速度為410-460m/s;槍管越長,顆粒溫度、速度越高,槍管型號為2和2L時,顆粒溫度均為1400K左右,2L型號比2型號槍管模擬的顆粒速度高出40m/s。研究了不同空燃比和不同燃料流量對噴涂流場及顆粒溫度和速度的影響。在槍管為2L,顆粒直徑為25um條件下,控制丙烷流量為145SLPM時,空燃比為3.3時,顆粒溫度最高,達到1430K,空燃比為3.1時,顆粒速度達到極大值445m/s;控制空燃比為3.2時,顆粒溫度隨丙烷流量的增大呈單調(diào)上升趨勢,丙烷流量為1400SLPM時,顆粒溫達到材料熔點溫度(1388K),當流量超過150SLPM時,上升趨勢增大。研究了顆粒溫度、噴涂層數(shù)、對流條件對涂層殘余應力的影響。隨著噴涂層數(shù)的增加,涂層-基體界面處的切應力增大,X和Y方向的壓應力減小;殘余應力隨顆粒溫度的升高呈單調(diào)增大趨勢,當顆粒溫度超過1600K時,趨勢增大;噴涂過程中對流換熱越快,涂層-基體界面拉應力和壓應力均呈減小趨勢。
[Abstract]:In this paper, AK-07 type Kermetico, coating system for coating of Fe41Co7Mo14C15B6Y2 amorphous alloy coating for reference, based on the ANSYS software, using ICEM software for supersonic flame spraying fluid calculation regional grid, using FLUENT for supersonic flame spraying process by the numerical simulation of computational fluid dynamics software. By extracting the analysis of flow field and heat transfer coefficient of substrate surface the near wall temperature parameter, using parametric programming language ANSYS software of finite element program, established the spray moving heat source model based on the life and death element technology to simulate the spraying speed, the calculation process of spraying distance, particle size, powder feeding rate and other parameters were measured and a spray flow field the numerical model and the coating temperature field and stress field numerical model is feasible, the coating temperature and flow field of supersonic flame spraying plate matrix Temperature field and residual stress field were numerically simulated. The K type thermocouple spraying thermal cycle on the observation points were measured by metallographic test of coating thickness, and the multilayer coating system to calculate the residual stress in the coating value calculation model of stress theory, verify the reliability of numerical simulation results. The temperature field simulation the results are in good agreement with the measured temperature, the peak temperature deviation of 36 4 measuring points are less than 15%, compared with the results of calculation of field simulation results and the theoretical stress of coating residual pressure, the maximum stress value of the 48 comparison, 39 stress value of the deviation is within 15%, the maximum deviation of barrel type and different particle size of sprayed particles on temperature and velocity of the particles is 29.24%.. The increase of particle diameter, particle temperature, the lower the speed, the particle size of 25um-30um particles, the temperature is 1350-1500K, the speed is 410-46 0m/s; the longer the barrel, the particle temperature, the higher the speed, the barrel type 2 and 2L when the temperature of the particles are about 1400K, 40m/s. of different air-fuel ratio and different fuel flow rate on the temperature and velocity of flow and spray particles influence of particle velocity 2L models than the 2 models above. In the simulation of gun barrel is 2L, diameter is 25um under the control of propane flow is 145SLPM, the air-fuel ratio is 3.3, the highest reached 1430K, particle temperature, air-fuel ratio is 3.1, the particle velocity reaches a maximum value of 445m/s; control of the air-fuel ratio is 3.2, a significant increase trend with the temperature of the particles flow of propane increase of propane flow is 1400SLPM, particle temperature is up to the melting point temperature (1388K), when the flow exceeds 150SLPM, the rise of particles increases. Temperature, spray layer, convection effect on coating residual stress. With the increase of coating layers, the coating substrate industry The compressive stress at X and Y decreases as the shear stress increases, and the residual stress increases monotonously with the increase of particle temperature. When the particle temperature exceeds 1600K, the trend increases. The faster the convective heat transfer is, the less the tensile stress and the compressive stress of the coating matrix interface are.

【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1385659