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等离子喷涂涂层的沉积与固化

  等离子喷涂涂层的沉积与固化至今是等离子喷涂过程中人们认识最空白的地方。认识上的困难是因为两个动态边界的运动很难计算即涂层表层的运动和随后涂层内部的固-液界面的运动。除此之外关于涂层的热传导知识对预测涂层的显微结构、缺陷机理以及热应力是必需的尽管存在以上困难,但是硏究发现,粒子彼此间相互热影响的可能性是很小的。或者说,熔融粒子落到过去喷上而尚未结晶完的粒子上的概率是很小的,在喷涂机计算中可不予考虑。各粒子与基体相互作用的独立性,使分析涂层形成原因的工作容易多了,可把它归结为研究单个粒子接触相互作用的集成。因此,涂层从整体来看可以认为是由薄片组成的材料,这些薄片在接触表面上被粒子凝固时一定面积的焊合点相互联结在一起,焊合点并不充满粒子间整个的接触面积。

等离子喷涂涂层的沉积与固化

  为模拟涂层的形成,人们发展了各种不同的模型Cirolin等人叫将涂层视为一种简单的材料,且按一定的速率生长,并受到等离子体以及喷涂颗粒的加热。该模型对于孔隙的形成、未熔(或部分熔化)颗粒与基体(或沉积层)的相互作用以及因残余应力作用而引起的翘起现象提出了一系列规则:

  (1)上层熔滴严格按下层粒子的形状铺展开。

  (2)如果在最上层扁平粒子下方出现孔隙,则在其上方飞入的新的粒子将推动原上层粒子下沉,并破坏该孔隙。

  (3)顶层熔滴凝固时将发生翘起现象,其翘起程度取决于与最初碰撞点之间的距离。

  (4)未熔颗粒彼此间,以及与基体(或沉积层)之间不会发生黏着现象,如果彼此接触,将发生反弹。

  (5)部分熔化颗粒应分开处理,熔化的部分遵从规则(1)~(3),未熔的部分遵从规则(4)Kanou等人提出了用Sng法来模拟涂层的形成,即用串等距节点定义涂层表面形状,并跟踪沉积涂层形状的变化。该模型可计算仼意涂层形状复杂的表面,并模拟大量热喷涂液滴的随机沉积。

  涂层沉积模型在制备热障涂层过程中的应用

  对于等离子喷涂制备热障涂层,由于其结构特殊,制备工艺复杂,故形成涂层中界面的尺寸、形状、成分、结构都比较复杂,因此针对涂层界面的研究十分困难。热障涂层在形成与固化过程中主要的界面有:黏结层(即纯金属层)与金属基体间的界面,各过渡层之间的界面,纯陶瓷层与过渡层间的界面,同一过渡层中喷枪两次行程间得到的层间界面(由时间间隔造成的界面),层内粒子间的界面(粒子搭接和焊合的接触面)。

  涂层由大量的变形粒子堆积而成,这不可避免地导致了疏松孔隙、微裂纹等的出现。涂层的性能因变形粒子的散流形状、彼此间的相互作用、不同类型的微观结构以及熔化状态而不同。