基体预热温度对涂层表面形貌及残余应力影响的数值模拟

目的为了更好地研究分析不同的基体预热温度对所制备涂层质量的影响。方法采用求解热传导和能量方程,运用有限体积FVM法、流体体积跟踪法VOF追踪熔滴自由表面,建立熔滴撞击基体的三维几何模型,模拟了层片形成过程,分析不同基体预热温度对层片表面形貌的影响以及熔滴内部液滴形态变化的过程,在上述基础上,继续模拟第2个熔滴撞击在已凝固层片,从而形成涂层,进一步分析了不同基体预热温度对涂层表面形貌和残余应力的影响规律。结果随着基体预热温度的提高,沉积物与基体之间的温度梯度减少,有利于熔滴的铺展,铺展时间变长,气体的排放更顺畅,层片中的孔隙率降低,且层片铺展厚度随温度的提高而逐渐降低,而铺展半径逐渐增大,沉积物形貌更接近圆盘状。随着基体预热温度的提高,最终涂层形貌都是边缘厚、中间薄,但涂层中央的致密程度不断提高,且组织中的孔隙量越来越低。结论基体预热温度需处在一个范围,涂层的残余应力才会有一个最优值,使得涂层与基体有比较好的结合强度。

基体预热温度对ZrO_2涂层结合强度的影响

用等离子喷涂的方法在不同温度的45#钢基体上制备ZrO2涂层,通过涂层的结合实验、X射线衍射分析了基体温度与涂层结合强度之间的关系,发现当基体预热温度为250℃时涂层的结合强度最高,可达13.4 MPa;当预热温度高于350℃时,粘结层中的热生长氧化物明显增加,导致涂层的结合强度降低。

火焰喷涂工艺参数对聚醚醚酮涂层结构与性能的影响

为获得性能优良的聚醚醚酮热喷涂层,采用不同预热温度和喷枪移动速度在17-4PH不锈钢基体上热喷涂制备了聚醚醚酮涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热分析(DSC)和红外光谱仪等对涂层的组织结构、热性能和化学结构进行分析,并对不同工艺条件下制备涂层的表面粗糙度、孔隙率、结合强度、显微硬度进行研究,探讨了最优工艺条件下聚醚醚酮涂层的摩擦磨损性能。结果表明:聚醚醚酮在喷涂过程中发生部分高分子链的断裂,造成聚醚醚酮涂层熔点下降。聚醚醚酮涂层内部孔隙率随预热温度升高而降低,表面粗糙度无明显变化,结合强度、显微硬度随预热温度增加。基体预热温度200℃,喷枪移动速度300 mm/s为火焰喷涂聚醚醚酮涂层的最优工艺。此条件下聚醚醚酮涂层的摩擦系数为0.446,比磨损率为12.3×10-6 mm3/(N·m)。

HVOF喷涂WC-12Co粒子沉积行为分析

目的研究不同超音速火焰喷涂条件下WC-12Co粒子在45#碳钢基体上的沉积变形行为。方法基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal-Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果不同喷涂参数下,WC-12Co粒子在45#碳钢基体上的沉积行为存在明显差异。沉积过程中,粒子等效塑性应变幅度高于基体;粒子边缘位置等效塑性应变幅度高于粒子中心轴线位置;粒子初始速度与初始温度的增加有助于提升结合界面温度与粒子扁平化程度;粒子初始温度与粒子初始速度对接触界面能量变化影响程度基本一致,单位粒子初始速度与温度提升的能量贡献比l分别为0.78以及0.76,二者的能量贡献比近似相同;适度的基体预热(Ts=500 K)可以促进粒子变形,加深沉积坑深度,增大粒子与基体的结合面积,有助于提升粒子与基体之间的结合强度。基体过冷(Ts=300 K)将导致粒子“翘曲”,降低粒子与基体之间的结合面积,基体过热(Ts=600 K)将导致二者结合处于不稳定状态,易引起粒子剥落,二者均不利于粒子与基体的有效结合。结论一定范围内提升粒子初始速度、温度与基体初始温度,可以提高粒子扁平化程度,增大粒子与基体结合面积,提升粒子与基体的结合性能,进一步提高涂层质量。