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有关特氟龙涂层成形的氧化与控制

浏览: 发表时间:2019-12-26 16:51:03

        特氟龙涂层内应力的测量方法一般有两种:XRD(X-raydiffracton)应力测定法及弯曲法应力测定法网。其中XRD法不能实现在线测量,并且对试样的形状、大小、表面质量有特殊的要求。另外,因为X射线在金属中有限的穿透深度,XRD仅能测量涂层表面的内应力。采用弯曲法时,假设涂层不受剪切力的作用,在整个涂层厚度上,弹性模量均匀一致。但实际情况是,涂层与基体的膨胀系数的不匹配、涂层沉积过程的温度载荷使界面间及涂层内部不可避免存在剪切应力,而且涂层的弯曲程度与基体材料性能、厚度等参数有关,计算结果准确度不高。对特氟龙涂层残余应力的另外一种研究方向就是采用数值模拟方法计算喷涂层的应力行为,为成形涂层的性能评价、破坏机理的分析等提供重要的理论依据"。电弧喷涂时存在很严重的氧化问题,一方面,生成的氧化物膜一般比较硬且脆,它的存在降低了涂层颗粒间的结合强度(内聚结合强度),并且容易在氧化物膜内萌生微裂纹,由于氧化反应时生成的气体未及时排出,进而产生微孔隙;另一方面,由于氧化反应会放出热量,使熔滴沉积时具有相对较高的热量,使颗粒充分扁平化,减小了飞溅,一定程度上改善了涂层的性能。例如,S.Hoile等人研究了电弧喷涂高碳钢丝材时涂层的氧化行为。

        他们认为在成形过程中,要将氧化降到***限度,因此研究中采用了0.3MPa的氮气作为雾化气体,并在有抽气除尘装置的密闭仓中进行,试验测试了不同喷涂工艺(如喷涂距离、雾化气压、送丝速率和机器人的运动速度)对涂层氧化物含量的影响,结果发现,喷涂距离是影响氧化物含量的最重要因素,喷涂距离从160mm减至120mm时,组织中氧化物成分可降低12.AP.Newbery和PS.Grant也研究了在不同含氧量0,6%,10%,16%,20%(体积分数)4个水平的氮气中喷涂高碳钢丝材时涂层的氧化特点,他们发现,氧的存在造成了大量的碳烧损,含氧量越高,碳烧损越严重,氧化使得沉积温度升高,增强了涂层与基体间的结合强度,恶化了涂层的组织均匀性,降低了涂层的硬度,增加了脆性。因此,如果将涂层的氧化控制在合适的范围内,抑制氧化造成的不利因素,将有助于厚成形零件的性能。在电弧喷涂过程中,高压气流通过特殊设计的喷枪,将熔化的金属丝材雾化成细小的熔滴,并高速喷射至基体表面而形成涂层,该工艺过程是决定电弧喷涂快速成形涂层质量的前提条件。在通常情况下,提高雾化气体的速度与流量会增加熔滴的飞行速度,减小熔滴的粒径,较高的熔滴沉积速度与较小的粒径会增加涂层的结合强度,减小孔隙率,最终提升成形层的质量m。为了实现这一功能,学者们在改善喷枪的结构或优化特氟龙涂层等方面展开了研究,但是,大多数是基于试验分析,极少数是通过数值模拟的方法建立气流场分布与熔滴雾化与沉积等性能之间的关系。其中,基于CFD理论对热喷涂工艺过程展开数值研究的实例目前主要集中在大气等离子喷涂(AS)和高速氧火焰喷涂(HVOF)技术上m。

        由于AFS和HVOF使用的喷涂材料是粉末,而电弧喷涂以丝材作为喷涂材料,在某种程度上,丝材干扰了气流场的分布,使得电弧喷涂的雾化流场更为复杂,成为研究的难点问题。在本研究进行过程中,法国bolot等人报道了对TAFA900型电弧喷枪的雾化性能进行数值模拟的论文。从喷枪设计的角度来说,很有必要研究不同的喷枪结构对雾化气流场的影响规律,而不仅仅局限于单一喷枪结构参数,而且,电弧喷涂熔滴碰撞沉积基体的行为特征也是电弧喷涂工艺的一个重要方面,有必要进行深入的研究。基于以上分析,本章的研究内容主要包括以下几个方面:①利用Fuen软件建立电弧喷涂的雾化气体流动模型,分析喷枪结构、喷涂τ艺条件等因素对气流场分布的影响;②在雾化气流场模拟结果的基础上,计算熔滴从丝***脱离后的雾化轨迹与速度等特征;③数值分析高速飞行的熔滴沉积到基体上之后的变形及温度变化的瞬态过程;④通过试验观察电弧喷涂的雾化行为,与数值模拟结果相对比,从而为电弧喷涂快速成形的机理研究提供工艺参考与理论支撑。


有关特氟龙涂层成形的氧化与控制
特氟龙涂层内应力的测量方法一般有两种:XRD(X-raydiffracton)应力测定法及弯曲法应力测定法网。其中XRD法不能实现在线测量,并且对试样的形状、大小、表面质量有特殊的要求。
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