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等離子噴涂涂層的沉積與固化

  等離子噴涂涂層的沉積與固化至今是等離子噴涂過程中人們認識最空白的地方。認識上的困難是因為兩個動態邊界的運動很難計算即涂層表層的運動和隨后涂層內部的固-液界面的運動。除此之外關于涂層的熱傳導知識對預測涂層的顯微結構、缺陷機理以及熱應力是必需的盡管存在以上困難,但是硏究發現,粒子彼此間相互熱影響的可能性是很小的?;蛘哒f,熔融粒子落到過去噴上而尚未結晶完的粒子上的概率是很小的,在噴涂機計算中可不予考慮。各粒子與基體相互作用的獨立性,使分析涂層形成原因的工作容易多了,可把它歸結為研究單個粒子接觸相互作用的集成。因此,涂層從整體來看可以認為是由薄片組成的材料,這些薄片在接觸表面上被粒子凝固時一定面積的焊合點相互聯結在一起,焊合點并不充滿粒子間整個的接觸面積。

等離子噴涂涂層的沉積與固化

  為模擬涂層的形成,人們發展了各種不同的模型Cirolin等人叫將涂層視為一種簡單的材料,且按一定的速率生長,并受到等離子體以及噴涂顆粒的加熱。該模型對于孔隙的形成、未熔(或部分熔化)顆粒與基體(或沉積層)的相互作用以及因殘余應力作用而引起的翹起現象提出了一系列規則:

  (1)上層熔滴嚴格按下層粒子的形狀鋪展開。

  (2)如果在最上層扁平粒子下方出現孔隙,則在其上方飛入的新的粒子將推動原上層粒子下沉,并破壞該孔隙。

  (3)頂層熔滴凝固時將發生翹起現象,其翹起程度取決于與最初碰撞點之間的距離。

  (4)未熔顆粒彼此間,以及與基體(或沉積層)之間不會發生黏著現象,如果彼此接觸,將發生反彈。

  (5)部分熔化顆粒應分開處理,熔化的部分遵從規則(1)~(3),未熔的部分遵從規則(4)Kanou等人提出了用Sng法來模擬涂層的形成,即用串等距節點定義涂層表面形狀,并跟蹤沉積涂層形狀的變化。該模型可計算仼意涂層形狀復雜的表面,并模擬大量熱噴涂液滴的隨機沉積。

  涂層沉積模型在制備熱障涂層過程中的應用

  對于等離子噴涂制備熱障涂層,由于其結構特殊,制備工藝復雜,故形成涂層中界面的尺寸、形狀、成分、結構都比較復雜,因此針對涂層界面的研究十分困難。熱障涂層在形成與固化過程中主要的界面有:黏結層(即純金屬層)與金屬基體間的界面,各過渡層之間的界面,純陶瓷層與過渡層間的界面,同一過渡層中噴槍兩次行程間得到的層間界面(由時間間隔造成的界面),層內粒子間的界面(粒子搭接和焊合的接觸面)。

  涂層由大量的變形粒子堆積而成,這不可避免地導致了疏松孔隙、微裂紋等的出現。涂層的性能因變形粒子的散流形狀、彼此間的相互作用、不同類型的微觀結構以及熔化狀態而不同。

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