發(fā)布時間：2017-09-06 10:13

  本文關(guān)鍵詞：冷氣體動力噴涂過程中顆粒的加速性能及沉積機理分析

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【摘要】：冷氣體動力噴涂技術(shù)(簡稱冷噴涂)是一種基于空氣動力學原理的涂層制備技術(shù)。相比于熱噴涂,冷噴涂具有抗氧化、高沉積率、殘余應(yīng)力小等優(yōu)點,得到了國內(nèi)外學者的極大關(guān)注。冷噴涂過程包含顆粒在噴管流場中的加速過程以及顆粒在基板上的碰撞沉積過程,由于其過程的復(fù)雜性,對涂層沉積機理的影響因素很多。因此,分析研究顆粒在噴管流場中的加速性能及顆粒在基板表面的沉積機理具有重要的意義,能夠為實驗研究提供一定的理論依據(jù)。本文首先使用Fluent軟件對噴管進行數(shù)值模擬分析,建立噴管的二維物理模型,分析了噴涂溫度、噴涂壓力對流場的影響,并考慮了不同的載氣種類、不同的顆粒材料、不同的顆粒粒徑大小及不同的顆粒入射位置對顆粒加速性能的影響。然后使用有限元分析軟件ANSYS模擬了顆粒在基板上的沉積過程,分析了不同的顆粒入射速度,不同的入射角度,不同的顆粒粒徑大小,不同的顆粒材料和基板材料對沉積效果及塑性變形的影響,并進行了二次沉積和多顆粒群的沉積機理分析。得到主要結(jié)論如下:(1)隨著噴涂溫度的提高,流場的速度逐漸增加,而噴涂壓力對于噴管內(nèi)流場及溫度場的影響較小。(2)He和N2相比較,He作為載氣時對顆粒的加速性能更好。粒徑大的金屬和非金屬顆粒不易獲得較大的速度,粒徑小的顆粒由于慣性小容易被加速,但粒徑小到1μm以下時容易受氣體的影響,運動不穩(wěn)定。顆粒的材料無論金屬還是非金屬,密度較小更容易獲得較大的速度。(3)顆粒在噴管入口的入射位置對速度大小影響較小,僅對顆粒碰撞基板時的角度有影響。顆粒入射速度和角度的增加,都有利于顆粒沉積,但顆粒入射角度不宜超過200,材料特性中屈服極限是影響沉積機理的重要因素。(4)微米級的顆粒粒徑比納米級的更容易形成涂層,顆粒粒徑為20μm相比于10μm和40μm時,涂層效果更好。(5)顆粒與顆粒之間的水平作用使得顆粒與基板間存在間隙,豎直作用可以起到夯實左右,對基板上凹坑的深度沒有影響。多顆粒群沉積加劇了接觸區(qū)域四周的金屬激射現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：冷噴涂 氣固兩相流 數(shù)值分析 沉積機理
【學位授予單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-19
• 1.1 概論12-14
• 1.2 冷噴涂的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 冷噴涂技術(shù)的研究意義16-17
• 1.4 本論文的主要工作17-19
• 第2章 計算軟件與數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)19-25
• 2.1 Fluent和ANSYS軟件介紹19-20
• 2.2 氣體動力學理論20-23
• 2.2.1 截面積對流場的影響20-21
• 2.2.2 氣體熱力參數(shù)的計算21-22
• 2.2.3 激波理論22-23
• 2.3 碰撞過程的有限元基本方程23-25
• 第3章 噴管中氣固兩相流的分析25-47
• 3.1 物理模型建立及網(wǎng)格劃分25-27
• 3.2 噴管流場的模擬分析27-34
• 3.2.1 噴涂壓力對流場加速性能的影響27-31
• 3.2.2 噴涂溫度對流場加速性能的影響31-34
• 3.3 顆粒的加速性能分析34-45
• 3.3.1 載氣種類的影響34-36
• 3.3.2 不同顆粒粒徑的影響36-39
• 3.3.3 不同顆粒材料的影響39-42
• 3.3.4 顆粒入射位置的影響42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第4章 顆粒沉積機理的分析47-84
• 4.1 材料模型和計算模型47-48
• 4.2 顆粒噴涂速度對沉積機理的影響48-54
• 4.3 顆粒噴涂角度對沉積機理的影響54-60
• 4.4 顆粒粒徑對沉積機理的影響60-65
• 4.5 材料特性對沉積機理的影響65-72
• 4.5.1 不同的金屬顆粒對沉積機理的影響65-69
• 4.5.2 不同的基板材料對沉積機理的影響69-72
• 4.6 顆粒間相互作用對沉積機理的影響72-77
• 4.7 多顆粒碰撞基板對沉積機理的影響77-79
• 4.8 試驗測試79-82
• 4.8.1 冷噴涂試驗裝備79-80
• 4.8.2 試驗材料和試樣的制備80-81
• 4.8.3 試驗圖片的表征分析81-82
• 4.9 本章小結(jié)82-84
• 第5章 結(jié)論與展望84-86
• 5.1 結(jié)論84-85
• 5.2 展望85-86
• 參考文獻86-91
• 攻讀碩士期間發(fā)表學術(shù)論文91-92
• 致謝92

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 丁麗,王曉放,孫濤,陳友義,李文亞;冷噴涂材料改性技術(shù)中粒子與基板結(jié)合過程的研究[J];機械工程材料;2004年10期

2 劉傳紹;吳中雷;;冷噴涂Cu粉氣固兩相流數(shù)值模擬研究[J];煤礦機械;2011年06期

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本文編號：802521