电场辅助冷喷涂超微颗粒加速特性研究.pdf

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1、《热加工工艺》2014年8月第43卷第16期电场辅助冷喷涂超微颗粒加速特性研究郑建新．郝婉君(河南理工大学机械与动力工程学院，河南焦作454150)摘要：基于Fluent气固两相流数值模拟，研究电场辅助冷喷涂超微颗粒的加速特性，分析基板电压与喷涂距离对超微颗粒撞击速度的影响。结果表明：电场辅助冷喷涂中超微颗粒在电场力作用下能突破激波阻力，实现有效沉积；增大基板电压可提高颗粒撞击速度；大粒径颗粒的加速取决于惯性力，而超微颗粒的加速取决于电场力；同传统冷喷涂一样，电场辅助冷喷涂也存在最佳喷涂距离。且最佳喷涂距离与颗粒

2、粒径无关。关键词：冷喷涂；电场辅助冷喷涂；超微颗粒；加速特性；撞击速度中图分类号：TG174文献标识码：A文章编号：1001．3814(2014)16．0141．04StudyonAcceleratingCharacteristicsofUltrafineParticlesinProcessofElectrostatic-force-assistedColdGasDynamicSprayZHENGJianxin，HAOwanjun(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，Hen

3、anPolyteclmicUniversity，Jiaozuo454150，China)Abstract：Intheprocessofelectrostatic-force-assistedcoldgasdynamicspray(ECGDS)，theacceleratingcharacteristicsofsuperfineparticleswerestudiedbasedonnumericalsimulationofgas-particleflowwimFluent．andtheinfluencesofsubs

4、tratevoltage，stand-ofdistance(SOD)onimpactvelocitiesofsuperfineparticlewereanalyzed．TheresultsindicatethatintheprocessofECGDS，thesuperfineparticlesCanbreakthroughtheresistanceofshockwaveandachievedepositionefectivelybytheelectricfieldforce；theimpactvelocityma

5、ybeincreasedwiththeincreaseofelectricfieldforce；theaccelerationofthelargeparticlesdependsoninertialforce，whiletheaccelerationofthesuperfineparticlesdependsonelectricfieldforce；thereisalloptimalSoDintheprocessofECGDS，whichissimilartoconventionalcoldgasdynamics

6、praying，andtheoptimalSoDisirrelevanttoparticlesize．Keywords：coldgasdynamicspraying；electrostatic-force·assistedcoldgasdynamicspray；superfineparticles；acceleratingcharacteristics；impactvelocities冷喷涂是在Laval喷管中利用高压气体对颗粒静电场，带电颗粒在电场力的作用下可以克服板前进行加速后在完全固态下撞击基板，通过较大的

7、塑性激波影响，实现高速撞击。且通过仿真分析发现颗粒变形而沉积于基板表面，避免了喷涂过程中颗粒氧化、撞击速度随颗粒电荷量增加而升高。Takana等[7-8]对相变等问题[】-2]。气固两相转变过程中，气相高速撞击电场辅助冷喷涂进行了数值研究，结果表明，电场辅基板在板前形成弓形激波，超微颗粒(粒径≤1n)助冷喷涂不但能够使小粒径颗粒实现有效沉积，而且受激波影响难以在基板表面实现有效沉积【羽，超微扩大了沉积区域．提高了沉积效率。唐文勇等[3]通过颗粒结构表面的制备是当前亟待解决的难题。数值模拟的方法分析了激波对电场辅助

8、冷喷涂纳米为实现超微颗粒有效沉积。Jen等网提出了电场颗粒速度的影响，结果表明，进气温度及压力影响激辅助冷喷涂技术(Electrostatic．forceassistedColdGas波气体压缩层的厚度进而影响颗粒的撞击速度。DynamicSpray，ECGDS)。在传统冷喷涂基础上通过本文采用数值研究方法对电场辅助冷喷涂超微在基板上加上电压。喷管出口外围与基板之间形成颗