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超音速冷喷涂理论基础

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冷喷涂的理论基础是:??

压缩空气加速金属粒子到临界速度(超音速),金属粒子直击到基体表面后发生物理形变。金属粒子撞扁在基体表面并牢固附着,整个过程金属粒子没有被融化,但如果金属粒子没有达到超音速则无法附着。??

冷喷涂工艺通过将金属颗粒放置在通过会聚-扩散喷嘴膨胀的加热的氮气或氦气流中而赋予金属颗粒超音速。粉末进料在喷嘴入口处以高压插入。高压和高温产生超音速气体速度和气流内的高粒子加速度。夹带在气体中的颗粒被导向表面,在那里它们在撞击时嵌入,与表面形成牢固的结合。由于离开喷嘴的膨胀气流的温度相对较低(100-500℃),术语“冷喷涂”已被用于描述该过程。??

随后的喷涂通道增加了结构厚度。金属粉末与基材的粘附性以及沉积材料的内聚力在固态下完成。??

喷射的颗粒必须达到“临界速度”才能在撞击之前与表面固结。这种所需的最小速度在金属类型之间变化,通常在500和800m/s之间。用于颗粒加速的气体通常是氮气,氦气或两者的混合物。虽然相当昂贵,但氦气产生更高的粒子速度。喷嘴内氮气流中20微米直径铜颗粒加速的一个例子如下图所示,它是由一维等熵和二维CFD模型产生的.在这种情况下,初始温度气体压力分别为500℃和30巴。随着温度降低,气体通过174毫米喷嘴膨胀并加速。喷嘴喉部发生非常快速的变化,达到气体声速。当发生拖曳和热传递时,粒子速度和温度接近气体值。??

在与铝表面碰撞时,以650m/s行进的20微米铜颗粒的变形顺序如图所示。冲击过程的模拟使用CTH计算机代码进行。该图显示随着颗粒/基底接触时间的增加,颗粒变平,而基底凹坑的深度和宽度增加。同时,在颗粒/基板接触表面处形成由颗粒材料和基板材料两者组成的射流。同时,温度升高,集中在颗粒/表面界面。这种温度上升是剪切不稳定性的指示,其导致材料在相应表面处的大量流动,并且估计的引起剪切不稳定性的冲击速度与实验确定的铜的临界速度相当。这意味着,如在材料的爆炸焊接的情况下,冷喷涂中的粘合是相互作用表面处的剪切不稳定性的结果。??

冷喷涂的属性包括低温沉积,致密结构和最小或压缩残余应力。除了这些特性之外,沉积的材料具有接近或高于锻造材料的强度。 下图显示了6061铝合金冷喷涂沉积产生的固结沉积物的一个例子。氦气用于加速6061铝颗粒。可以识别单个颗粒的薄片,并且固结颗粒的致密,无孔性质是清晰的,测得的孔隙率小于1%。??

在沉积状态下,冷喷涂沉积物可以表现出比锻造合金更高的强度。 下图比较了冷喷涂6061铝合金与各种热处理的锻造6061合金的强度特性.退火时,冷喷涂沉积强度降低,但伸长率和延展性增加。??

这些实施例表明,冷喷涂材料可具有与锻造材料类似的物理特性。这些特性允许冷喷涂修复以紧密地模仿或超过修复的材料的强度。除了良好的强度特性之外,还可以容易地完成修复并且在外观上可接受。??

传统欧冠赔率的缺点:??

火焰喷涂,等离子喷涂,高速火炎喷涂和爆炸喷涂等传统金属喷涂工艺都存在共同的弊端。首先,喷涂工艺需要融化金属粒子,导致喷涂温度高,使机体内部产生热应力,机体表面产生热变形。其次,因为除火焰喷涂外都无法人工操作,操作危险。此外,传统欧冠赔率工艺很难控制喷涂面积与厚度,所以与喷涂效果差。并且设备不便携带。??

冷喷涂的优点??

高压冷气动力喷涂使用的压缩空气为15个大气压(psi)以上,DYMET低压冷气动力喷涂使用的压缩空气为10个大气压(psi)以下。对比传统欧冠赔率技术,高压以及低压冷气动力喷涂的技术有以下共同优势。??

首先喷涂机体的表面瞬间温度不超过150度,??

体感温度为70度??

喷涂致密性好??

可喷涂任意厚度的涂层??

可以在任何金属、玻璃、陶瓷和岩石表面喷涂。??

优劣比较??

高压冷喷涂(冷气动力喷涂)因噪音大,压力要求最小达到15个大气压,导致设备庞大无法移动。此外,部分设备需要在氦气,氮气或惰性气体下操作,因噪音超过100分贝,压力要求高与危险气体的实用,导致安全性低成本高。而且耗气量与粉末消耗量大,喷涂定向性差。高压冷喷涂设备的拱粉装置十分的复杂,它采用真空填充式拱粉桶,光送粉桶就造价15万元。而且因高压设备无工艺基础,喷涂出的涂层不平整且容易产生沙眼。??

相对高压的15个大气压的最低要求,低压冷(冷气动力)喷涂设备的工作气压仅为5-8大气压以下。它几本无工况要求,噪音小于60分贝。它无高温,无火焰,无危险气体,无辐射和化学废料,可徒手操作,安全性高,且定向性及好。在不使用模具的情况下喷涂面积可小于高压冷喷涂,即其可操作性更好。??

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