高壓冷噴涂中送粉氣流對(duì)粒子流撞擊特性的影響.pdf

1、冷噴涂技術(shù)(CGDS)是近二十幾年來發(fā)展起來的新型噴涂工藝。冷噴涂中，微米尺寸（小于50μm）噴涂粒子在低于熔點(diǎn)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)沉積，因此可以有效避免氧化、融化、相變等一些常常在熱噴涂中出現(xiàn)的不利現(xiàn)象。一般而言，噴涂粒子撞擊速度和撞擊溫度越高，沉積效率越高，涂層質(zhì)量越好。因此如何提高粒子撞擊參數(shù)是冷噴涂工藝研究的重點(diǎn)。高壓冷噴涂中，為了穩(wěn)定安全地注入噴涂粒子，送粉氣流除了要具備比主加速氣流更高的壓力外，還要保持較低的溫度以防止噴涂粉末粘結(jié)在

2、高溫的送粉管壁上。然而送粉氣流對(duì)氣體流場和粒子流加速的作用及影響在冷噴涂研究中常常被忽略。
　　首先，實(shí)驗(yàn)結(jié)合模擬發(fā)現(xiàn)噴管軸線附近粒子受低溫送粉氣流影響撞擊參數(shù)較低，這會(huì)給涂層質(zhì)量均一性帶來不利影響。主要表現(xiàn)在隨著送粉壓力的增加堆積涂層中心呈現(xiàn)出較為嚴(yán)重的裂縫和裂紋。另外基板的預(yù)熱溫度也隨送粉壓力的增加而降低，基板附近涂層也因此呈現(xiàn)出大量的氣孔，并且越遠(yuǎn)離基板中心位置氣孔越多。
　　其次，利用數(shù)值模擬的方法進(jìn)一步分析了送粉氣

3、流相關(guān)參數(shù)對(duì)粒子流撞擊參數(shù)分布規(guī)律的影響。發(fā)現(xiàn)致使噴管軸線附近粒子撞擊參數(shù)較低的原因是送粉氣流和主加速氣流未能進(jìn)行充分混合致使低溫送粉氣流集中在噴管中心影響附近粒子加速。事實(shí)上，兩股氣流混合程度不同，兩股氣流間的熱量和動(dòng)量交換程度、噴管內(nèi)氣體流動(dòng)加速表現(xiàn)、粒子流運(yùn)動(dòng)軌跡以及粒子流中不同位置粒子的加速情況也會(huì)有所不同。當(dāng)送粉氣流壓力相對(duì)主加速氣流壓力較大時(shí)、喉部直徑與送粉管直徑比較小時(shí)、送粉位置遠(yuǎn)離噴管入口時(shí)，預(yù)混室或噴管漸縮段內(nèi)出現(xiàn)的渦

4、旋現(xiàn)象可以促進(jìn)兩股氣流的混合。結(jié)果噴管內(nèi)的氣體流動(dòng)受益于兩股氣流間良好的熱量動(dòng)量交換表現(xiàn)出充分發(fā)展湍流的特性，噴管軸線附近粒子的加速狀況因此也得到了較大程度的改善。然而，較大的送粉壓差和較小的喉部直徑與送粉管直徑比會(huì)引起低溫送粉氣流質(zhì)量流量百分比的增加，從而降低粒子流的整體撞擊速度；而較長的預(yù)混室送粉不僅可以優(yōu)化粒子流撞擊速度分布，還可以提高粒子流整體撞擊速度。此外還發(fā)現(xiàn)送粉氣流和粒子流擴(kuò)散之間有著密不可分的聯(lián)系。這是因?yàn)樗头蹥饬鞯淖⑷?/p>

5、會(huì)對(duì)主加速氣流造成擾動(dòng)并在兩股氣流的交界面處產(chǎn)生湍流，湍動(dòng)能的大小直接決定了粒子流的擴(kuò)散程度，進(jìn)而決定了冷噴涂中的一次噴涂的寬度。
　　另外，本文還探討了送粉氣流種類對(duì)粒子流撞擊特性的影響。發(fā)現(xiàn)主加速氣流為空氣送粉氣流為氦氣時(shí)，噴管內(nèi)的氣體流動(dòng)可以在兩股氣流幾乎沒有混合的情況下，僅依靠氦氣優(yōu)良的加速性能就可以表現(xiàn)出充分發(fā)展湍流的流動(dòng)特點(diǎn)。結(jié)果噴管軸線附近的粒子隨之受益展現(xiàn)出優(yōu)良的加速表現(xiàn)。對(duì)比不同氦氣質(zhì)量百分比的空氣-氦氣混合氣體