高壓冷噴涂中送粉氣流對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量交換程度、噴管內(nèi)氣體流動加速表現(xiàn)、粒子流運(yùn)動軌跡以及粒子流中不同位置粒子的加速情況也會有所不同。當(dāng)送粉氣流壓力相對主加速氣流壓力較大時、喉部直徑與送粉管直徑比較小時、送粉位置遠(yuǎn)離噴管入口時，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)的氣體流動受益于兩股氣流間良好的熱量動量交換表現(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、會對主加速氣流造成擾動并在兩股氣流的交界面處產(chǎn)生湍流，湍動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，噴管內(nèi)的氣體流動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)。對比不同氦氣質(zhì)量百分比的空氣-氦氣混合氣體