超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層熱應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf

1、本文以Kermetico公司的AK-07型噴涂系統(tǒng)噴涂Fe41Co7Mo14C15B6Y2非晶合金涂層為參考，在ANSYS軟件平臺(tái)上，使用ICEM軟件對(duì)超音速火焰噴涂流體計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格，采用FLUENT計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)超音速火焰噴涂過(guò)程進(jìn)行三維數(shù)值模擬。通過(guò)提取流場(chǎng)分析的基體表面換熱系數(shù)及近壁面溫度參數(shù)，采用ANSYS軟件的參數(shù)化編程語(yǔ)言編寫有限元計(jì)算程序，建立了基于生死單元技術(shù)的噴涂移動(dòng)熱源模型。對(duì)模擬計(jì)算過(guò)程中所選用的噴涂速度、

2、噴涂距離、顆粒粒徑、送粉率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，建立了可行的噴涂流場(chǎng)數(shù)值模型和涂層溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模型，對(duì)超音速火焰噴涂流場(chǎng)以及板狀基體的涂層溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。采用K型熱電偶對(duì)觀察點(diǎn)的噴涂熱循環(huán)進(jìn)行實(shí)測(cè)，通過(guò)金相法對(duì)涂層厚度進(jìn)行實(shí)測(cè)，并采用多層涂層系統(tǒng)應(yīng)力理論計(jì)算模型計(jì)算涂層殘余應(yīng)力值，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。涂層溫度場(chǎng)模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)溫度吻合良好，4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的36個(gè)溫度峰值的偏差均在15％以內(nèi)，涂層殘余應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)

3、果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比，48個(gè)對(duì)比的最大壓應(yīng)力值中，39個(gè)應(yīng)力值的偏差在15%以內(nèi)，最大偏差為29.24%。
　　研究了不同槍管型號(hào)和不同粒徑的噴涂顆粒對(duì)顆粒溫度和速度的影響。顆粒直徑越大，顆粒溫度、速度越低，顆粒粒徑為25um-30um時(shí)，顆粒的溫度為1350-1500K，速度為410-460m/s；槍管越長(zhǎng)，顆粒溫度、速度越高，槍管型號(hào)為2和2L時(shí)，顆粒溫度均為1400K左右，2L型號(hào)比2型號(hào)槍管模擬的顆粒速度高出40m/s。<

4、br>　　研究了不同空燃比和不同燃料流量對(duì)噴涂流場(chǎng)及顆粒溫度和速度的影響。在槍管為2L，顆粒直徑為25um條件下，控制丙烷流量為145SLPM時(shí)，空燃比為3.3時(shí)，顆粒溫度最高，達(dá)到1430K，空燃比為3.1時(shí)，顆粒速度達(dá)到極大值445m/s；控制空燃比為3.2時(shí)，顆粒溫度隨丙烷流量的增大呈單調(diào)上升趨勢(shì)，丙烷流量為1400SLPM時(shí)，顆粒溫達(dá)到材料熔點(diǎn)溫度（1388K），當(dāng)流量超過(guò)150SLPM時(shí)，上升趨勢(shì)增大。
　　研究了顆粒溫