高速電弧噴涂成形基礎

第１章緒論………………………………………………1
1.1 技術背景…………………………………………………………1
1.2 金屬噴涂快速成形技術研究應用現(xiàn)狀…………………………3
1.2.1 快速成形技術的基本原理…………………………………………3
1.2.2 近終噴射成形技術…………………………………………………4
1.2.3 等離子噴涂快速成形技術…………………………………………4
1.2.4 電弧噴涂成形技術…………………………………………………4
1.3 電弧噴涂快速成形技術發(fā)展現(xiàn)狀………………………………5
1.3.1 快速模具制造………………………………………………………5
1.3.2 電弧噴涂快速成形系統(tǒng)……………………………………………7
1.4 電弧噴涂快速成形關鍵技術……………………………………8
1.4.1 噴涂材料……………………………………………………………9
1.4.2 電弧噴涂快速成形工藝……………………………………………12
1.5 本書的目的及內容……………………………………………15
第２章電弧噴涂成形熔滴霧化與沉積……………………18
2.1 引言……………………………………………………………18
2.2 高速電弧噴涂霧化氣體的流場分析…………………………19
2.2.1 噴涂氣流場的數(shù)值建模與求解……………………………………19
2.2.2 計算結果與分析……………………………………………………21
2.3 霧化粒子的飛行行為…………………………………………27
2.3.1 霧化熔滴飛行模型的建立與求解…………………………………27
2.3.2 計算結果與分析……………………………………………………29
2.3.3 電弧噴涂粒子霧化性能的試驗……………………………………31
2.4 高速電弧噴涂弧區(qū)動態(tài)行為…………………………………32
2.4.1 弧區(qū)動態(tài)行為高速攝像試驗方法…………………………………32
2.4.2 噴涂電弧的形成分析………………………………………………33
2.4.3 陰陽極絲材熔化與熔滴過渡行為…………………………………36
2.5 飛行熔滴沉積與凝固過程的分析……………………………37
2.5.1 熔滴沉積模型建立與求解…………………………………………38
2.5.2 計算結果與分析……………………………………………………40
2.6 小結……………………………………………………………49
第３章涂層形成過程及其瞬態(tài)熱傳輸行為………………51
3.1 引言……………………………………………………………51
3.2 有限元建模……………………………………………………52
3.2.1 控制方程與邊界條件………………………………………………52
3.2.2 有限元計算法則……………………………………………………54
3.2.3 逐層疊加模型………………………………………………………55
3.2.4 隨機沉積模型………………………………………………………56
3.2.5 實例研究……………………………………………………………57
3.3 有限元分析結果與討論………………………………………59
3.3.1 逐層疊加模型與隨機沉積模型之間的比較………………………59
3.3.2 噴槍移動速度對傳熱的影響………………………………………63
3.3.3 間歇噴涂模式對傳熱的影響………………………………………64
3.4 成形過程中溫度變化行為的試驗研究………………………65
3.4.1 試驗方法……………………………………………………………65
3.4.2 紅外測溫結果與分析………………………………………………67
3.5 小結……………………………………………………………69
第４章電弧噴涂成形涂層的殘余應力……………………71
4.1 引言……………………………………………………………71
4.2 涂層沉積導致的驟冷應力解析模型…………………………72
4.2.1 沉積第一薄層后的應力……………………………………………73
4.2.2 沉積第二薄層后的應力……………………………………………76
4.2.3 沉積第n 薄層后的應力……………………………………………78
4.3 涂層冷卻導致的熱應力………………………………………80
4.4 總體殘余應力…………………………………………………81
4.5 考慮相變時的殘余應力………………………………………82
4.6 實例分析………………………………………………………83
4.6.1 NiCoCrAlY 涂層殘余應力分析……………………………………84
4.6.2 高碳鋼涂層殘余應力分析…………………………………………88
4.7 軸類涂層零件殘余應力的有限元分析………………………92
4.7.1 問題的描述及有限元模型…………………………………………92
4.7.2 涂層溫度分布………………………………………………………94
4.7.3 殘余應力分布………………………………………………………95
4.8 小結……………………………………………………………97
第５章自動化高速電弧噴涂系統(tǒng)與工藝…………………100
5.1 引言……………………………………………………………100
5.2 機器人自動化高速電弧噴涂系統(tǒng)的開發(fā)……………………101
5.2.1 設計方案…………………………………………………………101
5.2.2 開發(fā)流程…………………………………………………………102
5.2.3 自動化電弧噴涂系統(tǒng)作業(yè)過程…………………………………104
5.3 噴涂參數(shù)的均勻-正交優(yōu)化設計……………………………105
5.3.1 試驗方法…………………………………………………………105
5.3.2 噴涂參數(shù)與粒子飛行狀態(tài)的關系………………………………106
5.3.3 噴涂參數(shù)與涂層殘余應力的關系………………………………108
5.3.4 噴涂參數(shù)與涂層組織結構的關系………………………………109
5.4 噴涂成形路徑的優(yōu)化設計……………………………………111
5.4.1 噴槍平行移動偏移間距的確定…………………………………112
5.4.2 典型噴涂路徑的優(yōu)化……………………………………………118
5.5 小結……………………………………………………………122
第６章高速電弧噴涂成形典型材料及性能………………124
6.1 引言……………………………………………………………124
6.2 熱處理對高碳鋼噴涂層組織性能的影響……………………125
6.2.1 試驗材料與方法…………………………………………………125
6.2.2 熱處理對涂層顯微硬度的影響…………………………………126
6.2.3 熱處理對涂層組織結構的影響…………………………………127
6.3 高碳鋼+Al復合噴涂層的組織性能…………………………134
6.3.1 試驗方法…………………………………………………………135
6.3.2 噴涂后Fe/Al 復合涂層的組織結構………………………………136
6.3.3 熱處理后Fe/Al 復合涂層的組織性能……………………………139
6.4 小結……………………………………………………………143
第7 章高速電弧噴涂厚成形試驗…………………………145
7.1 引言……………………………………………………………145
7.2 試驗材料及方法………………………………………………145
7.3 高碳鋼電弧噴涂厚成形………………………………………146
7.4 電弧噴涂厚成形高碳鋼+Al復合涂層………………………149
7.5 小結……………………………………………………………151
參考文獻………………………………………………………152