超音速噴涂原理工藝優化

超音速噴涂工藝優化

1、超音速噴涂是一個非常復雜的過程，它的各種因素影響著鍍層的形成和涂層機能。這些變量包括硬件特性(如噴嘴幾何外形和噴涂間隔)和工藝參數，如燃氣、氣流密度和粉末原料。在噴霧過程中，粉末顆粒經歷了非常高速的結合，快速加熱到其熔點或以上。這種高溫會導致粉末或其某些成分的蒸發、溶解和相變。因為超音速噴涂技術的復雜性，控制和優化工藝以獲得所需機能是一項極具挑戰性的任務。熱噴涂過程和沉積形成有不同的優化和分析方法。這些方法包括田口(Taguchi)和實驗設計(DoE)、數值模擬和模擬以及有限元方法例如，在田口方法中，可以顯著地減少測試矩陣，充分確定變量之間的相對重要性。Taguchi的結果取決于變量及其水平的設計和選擇，因此結果可能會產生誤導。用超音速噴涂過程確定大量變量的重要性和權重長短常難題的。這也合用于不同的建模過程。

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良好的涂層質量、合適的機能和特定的應用機能是出產熱噴涂涂料的目標。為了達到這一目標，需要對整個噴霧過程有更深入的了解。起始材料、噴涂工藝和顆粒與基體的相互作用都會影響不同微結構的涂層的形成，從而影響涂層的機能，終極影響涂層的機能。亞微米和納米結構粉末的使用對涂層工藝提出了更高的要求，以保持良好的結構和進步涂層機能。為了更好地控制熱噴涂，在過去的十年里開發了不同的傳感設備。這些診斷工具有助于更好地研究和丈量噴霧過程，并有助于了解不同過程變量對飛行中粒子狀態(通量、溫度和速度)的影響。結合診斷工具的開發，開發了一種新的熱噴涂工藝綜合優化工具。過程映射概念首先由Sanjay Sampath教授提出，自引進以來，其使用有所增加本章主要先容了診斷設備、過程映射工具和相關因素。給出了工藝圖在工藝控制和涂層設計中的應用實例。

2、過程優化診斷工具

近十五年來，噴霧工藝傳感系統得到了積極的發展。這些診斷工具現在是健壯的，用戶友好和本錢效益，因此他們的使用已經大大增加。診斷工具的主要目的是丈量噴霧流中粒子的變量，i.e.速度、溫度、流量、軌跡、尺寸分布等因素對噴涂層的組織和機能有影響。傳感器主要基于雙波長測溫順時間觸發測速.熱噴涂傳感器的例子有測儀和噴霧位置軌跡傳感器。這些是基于單個粒子(DPV 2000)或集合(粒子組)丈量(SprayWatch，Accuraspray)。最簡樸的形式是，傳感器用于丈量噴霧流中粉末顆粒的溫度和速度。傳感器的放置既可以固定在噴霧器上，也可以固定在它的側面。使用前一種傳感器，可以連續監測過程，并可立刻檢測到任何變化。集合丈量是兩者中速度最快的，幾秒對幾分鐘診斷工具在丈量噴霧流方面有差異，包括體積、顆粒數目和掃描噴霧流的能力。單粒子傳感器和集成傳感器在丈量溫度和速度時的這些差異可能會導致不同的結果。與單傳感器和整體傳感器比擬，陶瓷涂層和金屬涂層在速度丈量時具有良好的相關性。然而，單傳感器和集成傳感器丈量的均勻粒子溫度與金屬材料沒有相關性。其原因可能是高溫陶瓷材料因為溫度較高、發射率較高，總輻射強度較高，但金屬受氧化和發射率變化的影響。因此，診斷工具的結果需要仔細考慮。

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