超音速喷涂原理工艺优化

超音速喷涂原理工艺优化

超音速喷涂工艺优化

1、超音速喷涂是一个非常复杂的过程，它的各种因素影响着镀层的形成和涂层机能。这些变量包括硬件特性(如喷嘴几何外形和喷涂间隔)和工艺参数，如燃气、气流密度和粉末原料。在喷雾过程中，粉末颗粒经历了非常高速的结合，快速加热到其熔点或以上。这种高温会导致粉末或其某些成分的蒸发、溶解和相变。因为超音速喷涂技术的复杂性，控制和优化工艺以获得所需机能是一项极具挑战性的任务。热喷涂过程和沉积形成有不同的优化和分析方法。这些方法包括田口(Taguchi)和实验设计(DoE)、数值模拟和模拟以及有限元方法例如，在田口方法中，可以显着地减少测试矩阵，充分确定变量之间的相对重要性。Taguchi的结果取决于变量及其水平的设计和选择，因此结果可能会产生误导。用超音速喷涂过程确定大量变量的重要性和权重长短常难题的。这也合用于不同的建模过程。

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良好的涂层质量、合适的机能和特定的应用机能是出产热喷涂涂料的目标。为了达到这一目标，需要对整个喷雾过程有更深入的了解。起始材料、喷涂工艺和颗粒与基体的相互作用都会影响不同微结构的涂层的形成，从而影响涂层的机能，终极影响涂层的机能。亚微米和纳米结构粉末的使用对涂层工艺提出了更高的要求，以保持良好的结构和进步涂层机能。为了更好地控制热喷涂，在过去的十年里开发了不同的传感设备。这些诊断工具有助于更好地研究和丈量喷雾过程，并有助于了解不同过程变量对飞行中粒子状态(通量、温度和速度)的影响。结合诊断工具的开发，开发了一种新的热喷涂工艺综合优化工具。过程映射概念首先由Sanjay Sampath教授提出，自引进以来，其使用有所增加本章主要先容了诊断设备、过程映射工具和相关因素。给出了工艺图在工艺控制和涂层设计中的应用实例。

2、过程优化诊断工具

近十五年来，喷雾工艺传感系统得到了积极的发展。这些诊断工具现在是健壮的，用户友好和本钱效益，因此他们的使用已经大大增加。诊断工具的主要目的是丈量喷雾流中粒子的变量，i.e.速度、温度、流量、轨迹、尺寸分布等因素对喷涂层的组织和机能有影响。传感器主要基于双波长测温顺时间触发测速.热喷涂传感器的例子有测仪和喷雾位置轨迹传感器。这些是基于单个粒子(DPV 2000)或集合(粒子组)丈量(SprayWatch，Accuraspray)。最简朴的形式是，传感器用于丈量喷雾流中粉末颗粒的温度和速度。传感器的放置既可以固定在喷雾器上，也可以固定在它的侧面。使用前一种传感器，可以连续监测过程，并可立刻检测到任何变化。集合丈量是两者中速度最快的，几秒对几分钟诊断工具在丈量喷雾流方面有差异，包括体积、颗粒数目和扫描喷雾流的能力。单粒子传感器和集成传感器在丈量温度和速度时的这些差异可能会导致不同的结果。与单传感器和整体传感器比拟，陶瓷涂层和金属涂层在速度丈量时具有良好的相关性。然而，单传感器和集成传感器丈量的均匀粒子温度与金属材料没有相关性。其原因可能是高温陶瓷材料因为温度较高、发射率较高，总辐射强度较高，但金属受氧化和发射率变化的影响。因此，诊断工具的结果需要仔细考虑。

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