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有关特氟龙喷涂技术的特殊性

浏览: 发表时间:2019-12-18 16:41:59

        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,因此针对特氟龙喷涂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、微裂纹等的岀现。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。颗粒与基体的相互作用模型,主要是研究单个或多个处于熔融状态的飞行颗粒以液滴形式与基体发生碰撞后,其形变的过程与机理。具体来说,主要是建立诸如液滴大小、速率以及材料特性这类参数与***液滴散流大小、散流时间之间的关系。这类模型对于深入分析涂层的微观形成机理,从而进一步实现对涂层宏观性能的预测具有十分重要的意义。由于涉及瞬间发生的变形机制,喷涂时熔融粒子碰撞冷基体将发生凝固,且这两个过程同时进行,所以这是一类非常复杂的问题。根据特氟龙喷涂研究的重点和方向不同,国内外已提出了各种不同的模型。比较典型的有颗粒与基体的垂直相互作用和颗粒与基体的倾斜相互作用,其重点是从流体力学、热学及形态学的角度来研究熔融粒子在基体表面的变形机制及传热规律等。此外,研究颗粒与基体相互作用时瞬态压力的形成与发展规律,对于分析涂层的形成也具有极为重要的意义。

        颗粒与基体的垂直相互作用模型是其他模型的基础,根据变形与变温处理方法的不同,可将其分为等温过程和变温过程。对于等温过程,在计算过程中只考虑了粒子变形流动的流动力学过程,主要文献均没有考虑粒子变形过程中的传热和粒子的冷却凝固过程,即利用了“先变形,后冷却凝固”的假设前提。对于变温过程,则将粒子的流变和冷却凝固过程结合起来,即同时考虑了颗粒与基体之间的热相互作用,这无疑是对喷涂粒子的沉积过程更为接近的模拟。等离子喷涂过程中,许多参数,如喷枪的功率、几何设计、喷涂距离、喷涂角度等对沉积涂层的性能都将产生直接的影响。但在数值模拟过程中,常常被忽略的一项就是喷涂角庋。事实上,随着等特氟龙喷涂应用领域的日益广泛以及基体几何形状的日益复杂化,对于喷涂角度在等离子喷涂工艺中的评价就显得尤为重要Fasching等人的研究表明,喷涂时的射流与颗粒的非对称性分布可以通过倾斜喷枪的方法进行矫正,从而得到厚度均匀的涂层,并改善涂层的结构与性能。Ilavsky等人S研究了喷涂角度对等离子喷涂沉积层中孔洞及微裂纹的影响研究结果表明,孔洞形成于经过散流并凝固后的液滴之间,或未完全熔化的颗粒周围。孔隙率随喷涂角度的减小而增大。液滴在散流变形和冷却凝固过程中,可能在其内部形成裂纹,裂纹的形成具有一定的择优取向,与喷涂角度有关。

        Leigh等人9就喷涂角度对沉积层表面粗糙度以及微观硬度、拉伸强度和断裂韧性等性能的影响进行了研究和分析,结果表明,表面粗糙度与喷涂角度及喷涂材料有关,而微观硬度、拉伸强庋和断裂韧性等性能随喷涂角度的减小而减小。等离子喷涂时,熔融粒子的速度可以达到100~200m/s,这将在粒子碰撞区产生高压。在接触处,压力和高温均是物理化学相互作用的推动力,这些作用促成粒子的牢固结合并形成涂层。关于颗粒与基体相互作用时瞬态压力的研究,过去一直是人们忽略的一个问题,近年来,虽已注意到这一问题的重要性,但仍有待深入研究Montavon等人o通过求解N-S方程计算了基本喷涂参数,如颗粒直径、密度、黏度、速度以及喷涂等对瞬态压力的影响;李京龙等人在研究熔滴碰撞基体表面的基础上对碰撞瞬态压力进行了计算。研究表明,碰撞压力集中于熔滴直径2.5倍以内的区域,存在一个集中、扩展和释放的过程。发现熔滴碰撞瞬间产生沿基体表面的***压力和压力梯度先是集中在熔滴与基体接触区域的周边,造成熔滴沿基体表面产生高速的横冋铺展流动,随后随着扁平过程的进行,压力冋熔滴内部和边缘迅速扩展并释放。


有关特氟龙喷涂技术的特殊性
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,因此针对特氟龙喷涂界面的研究十分困难。
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