超音速电弧喷射雾化制备的非互溶Ag-10Ni合金粉末的凝固特征

采用超音速电弧喷射气雾化制粉设备制备了难固溶Ag-10Ni合金粉末。研究了粉末粒度分布、形貌及凝固组特征,并对雾化熔滴的冷却速率及过冷度、凝固组织的凝固次序、形成机制进行了分析。结果表明:粉末分散性好、粒度主要集中在20μm～45μm、平均粒度32μm、形貌主要为球形和近球形;粉末颗粒凝固组织为富Ag基体+弥散分布于基体中的细Ni相+位于芯部的大直径初晶富Ni相,在大直径初晶富Ni相中弥散分布析出Ag相;富Ag基体的凝固组织为树枝晶组织,小颗粒粉末(<20μm)枝晶间距小于0.2μm。

超音速电弧喷射雾化银合金粉体的亚稳固溶扩展

采用超音速电弧喷射雾化（UAS）制备Ag-10Cu、Ag-28Cu、Cu-10Ag、Ag-10Ni和Ag-5Fe快速凝固合金粉末，用XRD对银合金粉末的亚稳固溶扩展进行研究。结果表明：Ag-10Cu、Ag-28Cu和Cu-10Ag合金粉末的平均亚稳固溶度分别为7．09％、20．11％和3．06％（摩尔分数）：当粉末粒度不大于50μm时，Ag-28Cu共晶合金粉末形成完全亚稳固溶体，而Ag-10Cu和Cu-10Ag未形成完全固溶体；Ag-10Ni和Ag-5Fe粉末（65～15μm）的亚稳固溶度分别为0．72％～1．30％Ni和0．29％～0．57％Fe，亚稳固溶度随粉末粒度减小而增加。合金生成热和冷却速率分别是判断亚稳固溶扩展能力的热力学参数和动力学参数，合金生成热越小、冷却速率越高，亚稳固溶度就越大。超音速电弧喷射雾化有利于降低合金生成热和获得很高的冷却速率，因此，银合金粉末获得大的亚稳固溶扩展。

低功率电弧喷射推力器实验研究

为深入了解低功率电弧喷射推力器的启动特性和工作性能,对不同推进剂和不同结构尺寸的推力器进行了广泛的多启动实验研究。研究中建成了推进剂供给系统和真空模拟系统,研制了电源处理单元和小推力测量装置,开发了实验数据采集系统,完成了实验推力器结构设计和材料选择,并分别采用氩、氮、氨为推进剂成功地进行了点火实验。研究表明,推进剂性质对推力器启动特性和工作特性具有重大影响,推力器优化设计应该针对具体的推进剂进行并考虑适当宽广的流量范围。

电弧喷射推力器内部工作过程研究综述

对电弧喷射推力器及其内部工作过程特性作了简要介绍，分析了内部工作过程对其性能的影响并对有关实验与理论研究作了概述。电弧喷射推力器内部流动具有过程复杂剧烈，空间狭小，非平衡性强烈等特点。目前在实验上，采用气动方法、静电方法、光谱方法以及激光方法等获得了内部及外部（羽流）流动过程的多种综合参数和流场参数；理论上已建立了能初步反映化学不平衡、热力学不平衡等较为复杂物理过程的数值模型，为全面认识电弧喷射推力器内部工作过程机制提供了有效的手段。

氨电弧喷射推力器实验和数值研究

为了证实氨电弧喷射推力器良好的工作性能,对其进行了系统的实验和数值研究。在实验研究中建立了高真空实验系统、先进的小推力测量系统和恒定电流控制系统,在数值研究中采用二阶精度无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)数值求解耦合电磁源项的扩展N S方程组。通过实验获得了不同结构尺寸的推力器不同工作条件下的工作性能,通过数值模拟给出了推力器的流场结构,预计了其推力、比冲和推进效率。研究结果表明,氨电弧喷射推力器工作性能良好,能够担负一定的空间应用任务。

超音速电弧喷射雾化银合金熔滴的传热与冷却

对超音速电弧喷射雾化Ag—Cu共晶型和Ag—Ni、Ag—Fe偏晶型合金雾化熔滴的传热与冷却进行了分析。考虑到熔滴冷却过程中，表面热传导存在上限，内部存在一定热阻，熔滴冷却应为近似牛顿冷却方式，在前人工作基础上，对牛顿冷却方式的换热系数和冷却速率的表达公式进行了经验修正，并用其它冷却速率测量方法进行了验证；计算了Ag合金雾化熔滴的换热系数和冷却速率，结果显示，超音速电弧喷射雾化快速凝固Ag合金粉末的冷却速率达到10^-K／s，表明超音速电弧喷射雾化工艺的冷却速率比常规气雾化法高得多，是制备高性能快速凝固合金粉末的新方法。

低功率氩电弧喷射推力器中的辐射

为了研究低功率氩电弧喷射推力器中的辐射损失,采用辐射模型和非辐射模型对其工作过程进行了对比数值模拟分析。采用二阶精度无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)数值求解耦合电磁源项和辐射源项的N-S方程组,并采用隐式残差光滑法加速收敛;采用有限控制容积积分方法离散求解椭圆型偏微分电磁场方程,并采用逐点超松弛迭代方法加快收敛速度。数值模拟结果对比给出了辐射模型和非辐射模型流动分布情况,并比较了两种模型推力器推力、比冲和推进效率。研究结果表明,与非辐射模型相比,辐射模型比冲低0.137%,推进效率低1.03%,辐射对低功率电弧喷射推力器性能影响比较小。

超音速电弧喷射雾化Cu-10Ag合金熔滴的快速凝固

采用超音速电弧喷射雾化制备了Cu-10Ag合金粉末,并用SEM和X-射线衍射等对合金液滴的凝固行为进行了研究;对凝固机制进行了分析。结果表明,粉末为球形颗粒,粒径分布主要集中在15～70μm之间,平均直径为45μm;液滴初始冷却速率为105～107K/s;凝固组织是由约含7%的Ag的富Cu晶胞和约含50%～60%的Ag的晶胞壁构成的胞状晶组织,随粉末颗粒直径由80μm减小到15μm,晶胞平均尺寸由约2μm减小为约1μm。

超音速电弧喷射雾化Ag-Cu合金粉末的快速凝固组织

采用超音速电弧喷射雾化制备Ag-28%Cu(质量分数)、Ag-10%Cu、Cu-10%Ag合金粉末;用SEM对合金粉末的凝固组织进行了研究。结果表明,Ag-10%Cu、Cu-10%Ag合金粉末的快速凝固组织为微晶胞离异共晶组织;粉末直径≤50μm时,Ag-28%Cu共晶粉末的快速凝固组织为单相亚稳固溶体;粉末直径>50μm时,Ag-28%Cu共晶粉末的快速凝固组织为芯部含有纳米层片共晶组织的亚稳扩展固溶体。

电弧喷射推力器化学非平衡数值模拟

为了准确把握电弧喷射推力器工作过程物理机理与特征,采用化学非平衡模型对不同压缩室直径下低功率氮电弧喷射推力器工作情况进行了数值模拟。模型考虑了工作过程中的分解反应、电离反应和复合反应,化学动力学模型为4组分,4反应的有限速率化学反应模型。采用二阶精度NND格式数值求解耦合电磁源项和化学反应源项的N S方程组,采用有限控制容积积分方法求解由麦克斯韦方程组推导出的电磁场方程。数值模拟的结果揭示了推力器内部电弧能量输入作用和高温电离气体的离解电离状况,给出了不同压缩室直径下推力器的推力、比冲和推进效率。结果分析表明,压缩室直径对推力器性能具有较大影响。

超音速电弧喷射成形工艺参数对AgNiCu15-5沉积坯致密性的影响

采用正交设计方法和通过极差分析研究了超音速电弧喷射成形工艺参数对AgNiCu15-5沉积坯致密性的影响,同时采用SEM对沉积坯的组织形貌进行观察。研究结果表明,当沉积距离L为250 mm时,影响沉积坯致密性的工艺参数的主次顺序为:电弧电压U、雾化气压P、电弧电流I、沉积盘转速Z;综合分析表明,优化的沉积工艺参数为U2P2I3Z2,即U为32 V、P为0.9 MPa、I为220 A、Z为800 r/min。SEM分析表明,优化工艺参数制备的沉积坯内部组织致密,孔隙极少。

电弧喷射推力器电磁场模拟

为了揭示电弧喷射推力器内部电磁场特征及其与高温电离气体间的相互作用机理,建立了比较完善的电磁场模型,详细讨论了电磁场数值模拟方法及其计算效果。模型同时考虑了电场力、洛仑兹力和电子压强梯度对传导电流的贡献,由电子动力学方程和粒子微观碰撞理论推导出电流方程,由麦克斯韦方程组推导出电磁场控制方程,采用包括强隐过程(SIP)迭代法在内的十种迭代方法求解离散的电磁场方程。研究表明,SIP迭代法是适用于电弧喷射推力器电磁场模拟的快速有效的方法,模型能够准确地反映推力器内部电磁场与高温电离气体间的相互作用机理。

超声速电弧喷射器内等离子体流场的数值模拟

对一个以氮气为工作气体、在局域热力学平衡下的超声速电弧喷射器内等离子体流场进行了数值模拟。流动模型是耦合了电磁场的扩展Ｎ－Ｓ方程组。电场由电势方程近似反映，只考虑周向自感应磁场。数值方法中， 空间离散格式为中心差分， 用标量耗散模型抑制数值波动。用以经典四阶龙格－库塔法为基本迭代格式的时间推进方法求解控制方程组。电势的迭代计算采用多重网格加速收敛， 用隐式残值光滑技术改善收敛速度以及时间推进过程的稳定性。计算取得初步的成功： 电弧已经出现并可观察到电弧喷射器内的离解和电离状况以及化学不平衡、粘性等效应对流动过程的影响。

集气腔总压对电弧喷射推力器工作过程的影响

为了研究集气腔总压对电弧喷射推力器工作过程的影响,在分析其工作机理的基础上采用化学非平衡流动和稳态电磁流体电磁场模型对不同集气腔总压下推力器工作过程进行了数值模拟.流体力学方程组和电磁场方程考虑了多种流动机理及电磁场与高温电离气体的相互作用,化学动力学模型考虑了各种碰撞反应.采用二阶精度NND格式求解流体力学方程组,采用有限速率化学反应模型计算组分生成率,采用交替方向隐式(ADI)超松弛迭代法求解电磁场离散方程.给出了不同集气腔总压下推力器内部参数分布及其宏观性能.研究表明,集气腔总压对推力器工作过程具有多方面的影响,在保证电弧稳定的情况下,适当提高集气腔总压可同时提高比冲和推进效率.

环境压强对电弧喷射推力器性能的影响

为了详细研究环境压强对电弧喷射推力器性能的影响,对低功率氮氢电弧喷射推力器在不同环境压强下的工作性能进行了比较计算。采用二阶精度无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)和经典龙格库塔方法求解耦合电磁源项的N-S方程组,采用高斯-塞德尔超松弛迭代方法数值求解电磁场方程。计算结果给出了不同环境压强下推力器的推力、比冲、推进效率和出口平面冲量密度分布。结果分析定量地阐释了环境压强对推力器性能的影响,能为推力器的实验研究及空间应用提供参考。

超音速电弧喷射成形技术及其在贵金属领域中应用的展望

简述了国内外喷射成形技术的发展历程、特点和现状,着重讨论了超音速电弧喷射成形技术的原理、特点及应用,对比阐述了超音速电弧喷射成形技术的独特优点。针对目前国内外贵金属材料的应用领域、使用特点及制备方法,讨论了超音速电弧喷射成形技术在贵金属材料领域内应用的可行性。提出利用超音速电弧喷射成形技术制备贵金属基快冷材料是一种切实可行的途径,具有广阔的发展前景。

电弧喷射器流场模拟中电场计算的多重网格法

在建立电弧喷射器内等离子体流场电场计算模型以及基本算法基础上，研究了采用多重网格对收敛速度的改进效果。数值计算证实了此方法的有效性尤其对流场电场耦合计算是有利的。

小功率电弧喷射发动机的数值计算

为详细了解电弧喷射发动机内部工作过程和相关工作参数对其性能的影响,参照实验用发动机的工作参数建立了模型,数值模拟了电弧喷射发动机工作通道内流场和电磁场。利用NND格式求解耦合电磁源项N S方程,Gauss Seidel迭代加超松弛方法求解椭圆型电磁场方程,计算得到的发动机工作通道内流场、电磁场结构,与实验数据进行了对比。结果表明,对同一结构尺寸的发动机,随推进剂流量变化,发动机性能存在最佳值;在一定流量范围内,实验数据和计算结果相符。

电弧喷射推力器流动区域电磁场数值解法

为了有效地进行电弧喷射推力器流动区域全场 (流场、电场、磁场和化学反应 ) 耦合数值模拟并揭示其电磁场特征, 建立了适当的电磁场模型, 对电磁场控制方程的数值解法进行了详细研究。模型基于推力器稳态工作特征, 控制方程由麦克斯韦方程组简化得到, 采用有限控制容积积分方法离散椭圆型控制方程, 采用 9种不同的迭代方法求解离散方程。给出了不同迭代方法的收敛速度、数值稳定性和最终精度。研究表明, Gauss Seidel逐线超松弛迭代法是推力器流动区域电磁场离散方程的一种快速有效的数值解法。

超音速电弧喷射成形工艺参数对AgFe5材料性能影响

应用超音速电弧喷射成形技术制备了性能优异的AgFe5块状材料。分析了超音速电弧喷射成形的喷射送丝电流、沉积基板的转速对材料物理、力学和电学性能的影响,并从微观机理方面阐述了工艺参数对超音速电弧喷射成形材料性能的作用规律。在最佳工艺参数下制备的AgFe5材料的密度为9.995g/cm3,达到理论密度的96.88%。指出对任意A、B两组元合金的超音速电弧喷射成形丝材端部熔滴温度为:Tk=4·(U·IK)/π·d2·(cA·xA+cB·xB)·(xA·ρA+xB·ρB)