HVOF噴涂粒子與基體碰撞沉積行為研究.pdf

1、為了深入探究超音速火焰噴涂（High Velocity Oxy-Fuel，簡(jiǎn)稱HVOF）優(yōu)良的涂層結(jié)合性能機(jī)理，采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)的研究了HVOF噴涂過程中粉末粒子與基體碰撞后的沉積行為，通過對(duì)HVOF噴涂Ni粒子在三種基體上（鋁合金A6061、銅合金Cu和不銹鋼SS304）的碰撞行為進(jìn)行數(shù)值仿真模擬，探究粒子速度、粒子溫度、基體預(yù)熱和基體材料形變能力對(duì)粒子沉積行為的影響。利用實(shí)驗(yàn)的手段分別在未預(yù)熱和預(yù)熱300℃的

2、三種基體上HVOF噴涂Ni粉末，結(jié)合掃描電子顯微鏡對(duì)粒子與基體微觀結(jié)合狀況進(jìn)行觀察分析，并從能量角度探討導(dǎo)致粒子高結(jié)合強(qiáng)度的原因，尋求預(yù)測(cè)粒子高結(jié)合率的參量和方法，通過對(duì)單個(gè)粒子沉積行為的研究，從能量角度理解粒子沉積過程并試圖指導(dǎo)HVOF噴涂工藝。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用ANSYS/LS-DYNA數(shù)值模擬軟件建立了不同條件下HVOF噴涂粒子與基體碰撞模型，研究表明隨著粒子速度的增加，粒子與基體的塑性變形量均增大，等效塑性應(yīng)

3、變（PEEQ）主要集中在粒子與基體接觸界面兩側(cè)，最大等效塑性應(yīng)變（Max-PEEQ）主要集中在接觸界面邊緣區(qū)域而不是垂直碰撞點(diǎn)處。隨著粒子溫度的增加，粒子等效塑性應(yīng)變區(qū)增大，但基體形變量變化不明顯。基體預(yù)熱有助于提高粒子的沉積率和結(jié)合率，Ni/A6061組合沉積率最高，但Ni/Cu組合粒子結(jié)合率最大。⑵粒子碰撞過程中存在著能量轉(zhuǎn)化，粒子的動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化為粒子與基體的形變耗散能。對(duì)于Ni/A6061，Ni/Cu和Ni/SS304碰撞組合，隨

4、著粒子速度的增加，粒子初始動(dòng)能EK，粒子耗散能EP和基體耗散能Esub均單調(diào)增加，能量分配系數(shù)K定義為粒子耗散能EP與基體耗散能Esub的比值，K值先快速降低后趨于平緩。當(dāng)粒子速度超過400m/s時(shí)，Ni/A6061， Ni/Cu和Ni/SS304碰撞組合的能量分配系數(shù)K值近似為4，0.4和0.1。⑶粒子與基體的緊密結(jié)合需要兩者變形的協(xié)調(diào)，單一的粒子或基體過度變形均不利于兩者的有效結(jié)合。粒子與基體的有效結(jié)合需要適當(dāng)?shù)哪芰糠峙湎禂?shù)K，可以