等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层结构优化与热力耦合模拟计算 被引量：16

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作者 刘光 张啸寒 +3 位作者 贾利 王亮 庞铭 安宇龙 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期213-223,共11页

目的研究不同结构参数对Mo/8YSZ热障涂层系统残余应力的影响因素。方法设计Mo/8YSZ功能梯度热障涂层,并利用ANSYS有限元软件建立了等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,模型中考虑了材料热物理性能参数随温度变化,研究粘结层... 目的研究不同结构参数对Mo/8YSZ热障涂层系统残余应力的影响因素。方法设计Mo/8YSZ功能梯度热障涂层,并利用ANSYS有限元软件建立了等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,模型中考虑了材料热物理性能参数随温度变化,研究粘结层、过渡层及陶瓷层厚度对Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响规律。结果随着径向距离的增大,粘结层与陶瓷层界面的残余应力逐渐由压应力变为拉应力,并且在涂层边缘位置,径向残余拉应力达到最大值。在0~12 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,粘结层与陶瓷层界面位置的轴向残余应力无明显变化,且轴向残余应力的数值几乎为0;在6~12.5 mm路径范围内的同一位置,伴随着陶瓷层厚度的增加,其剪切残余应力逐渐增大。在基体与粘结层界面边缘0.5 mm处存在着与其他位置相比更大的应力突变。粘结层与陶瓷层的厚度参数比控制在4∶10~4∶13时,涂层具有最低的热失配。过渡层与陶瓷层的厚度参数比控制在1∶4时,涂层具有最低的热失配。当功能梯度热障涂层的过渡层采用50%Mo与50%8YSZ复合而成时,将粘结层、过渡层及陶瓷层三者的厚度比值控制在16∶10∶40~16∶13∶52,涂层具有最低的热失配。结论通过设计功能梯度热障涂层,并合理调控热障涂层系统的结构参数,可进一步减小喷涂构件的残余应力和应力突变情况,提升基体与涂层的结合强度。 展开更多

关键词 等离子喷涂 功能梯度热障涂层 结构参数 热力耦合 数值模拟

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7A04铝合金表面等离子喷涂多道Mo涂层温度场数值模拟 被引量：3

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作者 张啸寒 刘光 +1 位作者 赵健 庞铭 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期33-39,共7页

为突破传统热障涂层高温易剥落的技术瓶颈,选用纯钼金属为黏结底层,基于ANSYS有限元仿真模拟软件'生死单元'的方法,建立铝合金表面等离子喷涂Mo涂层的有限元模型;分析等离子喷涂过程中喷涂构件各部分温度场的变化规律。结果表明... 为突破传统热障涂层高温易剥落的技术瓶颈,选用纯钼金属为黏结底层,基于ANSYS有限元仿真模拟软件'生死单元'的方法,建立铝合金表面等离子喷涂Mo涂层的有限元模型;分析等离子喷涂过程中喷涂构件各部分温度场的变化规律。结果表明:在基材表面喷涂单道涂层时,随着喷涂进行,试样最高温度起始与终了的差值先减小后增大;基材两侧壁面温差呈波浪式变化,当喷涂到基材表面中间区域时,基材两侧壁面温差增大;后沉积的涂层对先沉积的涂层起二次加热作用,随着与已沉积涂层距离的增加,后沉积涂层的加热作用减小;随着喷涂的进行,各单道次涂层的最高温度值增大;喷涂构件沿喷涂方向与垂直方向的温度梯度先减小后增大,喷涂构件厚度方向的温度梯度逐渐降低。 展开更多

关键词 等离子喷涂 钼 黏结底层 热障涂层 数值模拟

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RuT300气门座激光熔凝温度场数值模拟 被引量：9

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作者 庞铭 张啸寒 +2 位作者 付威 江国业 谭雯丹 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2018年第22期117-123,共7页

建立了激光熔凝气门座的数学物理模型,模型中考虑了材料的热物性参数随温度的变化及材料的相变潜热。结果表明:随激光功率的增加,激光熔凝气门座熔池最高温度升高,且激光熔凝区的深度和宽度增加;随激光扫描速度的提高,激光熔凝气门座的... 建立了激光熔凝气门座的数学物理模型,模型中考虑了材料的热物性参数随温度的变化及材料的相变潜热。结果表明:随激光功率的增加,激光熔凝气门座熔池最高温度升高,且激光熔凝区的深度和宽度增加;随激光扫描速度的提高,激光熔凝气门座的最高温度下降,且熔凝区的深度和宽度减小;随激光光斑半径的增加,激光熔凝气门座的最高温度降低,激光熔凝区深度减小。激光熔凝气门座过程是新熔池形成和已形成的熔池凝固二者同步的过程,由于不同区域温度分布和冷却速度等差异,导致气门座表面熔池形态为彗星拖尾状;且彗星拖尾状随激光功率的增大而增加,彗星拖尾状随扫描速度和激光半径的增加而降低。随激光半径的增加,熔池彗星拖尾的尖形曲率减小。实验与数值模拟结果基本吻合,这说明了模型的有效性。 展开更多

关键词 激光熔凝 气门座 温度 彗星拖尾

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喷枪扫描速度对等离子喷涂Mo/8YSZ梯度热障涂层温度场的影响规律研究 被引量：5

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作者 庞铭 张啸寒 刘光 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期193-203,共11页

目的突破新型动力热障涂层高温环境易剥落的技术瓶颈,揭示等离子喷涂过程中,喷枪扫描速度对梯度热障涂层温度分布的影响规律。方法利用ANSYS有限元仿真模拟软件,建立了等离子喷涂Mo/8YSZ梯度热障涂层温度场的仿真模型,模型中考虑了材料... 目的突破新型动力热障涂层高温环境易剥落的技术瓶颈,揭示等离子喷涂过程中,喷枪扫描速度对梯度热障涂层温度分布的影响规律。方法利用ANSYS有限元仿真模拟软件,建立了等离子喷涂Mo/8YSZ梯度热障涂层温度场的仿真模型,模型中考虑了材料热物性参数随温度的变化情况及材料的相变潜热。结果当喷枪扫描速度由550mm/s增加至1000mm/s时,喷枪与基体或已沉积涂层间交互作用的时间缩短,在喷涂构件自身热传导及喷涂构件与外界环境对流换热等综合因素作用下,致使喷涂作业结束时,喷涂构件的最高温度由475℃降低至371℃,涂层厚度方向的最大温度梯度由2.15×10^7℃/m降低至2.05×10^7℃/m。由于喷涂构件的温度、温度梯度及等离子射流热源用于粉末粒子直接温升的比例均与材料的热物性参数密切相关,致使在喷涂作业结束时,喷涂构件各部分最高温度及涂层厚度方向的最大温度梯度均呈现陶瓷层最高、过渡层次之、粘结层最低的分布规律。由于等离子喷涂过程中,先沉积的涂层对后沉积的涂层存在一个预热作用,故伴随着涂层厚度的增加,喷涂构件的最高温度增加。结论在等离子喷涂过程中,通过增大喷枪扫描速度,可在牺牲涂层最高温度的条件下,降低喷涂构件的最大温度梯度。热障涂层采用梯度结构,可实现涂层厚度方向材料热物性参数的连续梯度变化,进而实现对喷涂构件空间温度分布的有效调控。 展开更多

关键词 等离子喷涂 梯度热障涂层 喷枪扫描速度 温度场 数值模拟

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激光熔凝强化RuT300收尾参数变化对熔池影响规律的研究 被引量：6

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作者 庞铭 张啸寒 +2 位作者 付威 谭雯丹 江国业 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2018年第24期130-134,共5页

利用ANSYS有限元仿真模拟软件,建立了激光熔凝强化RuT300三维数学物理仿真模型。模型中考虑了材料的相变潜热、热物性参数及激光吸收率的影响,分析了激光熔凝收尾过程中激光功率线性下降及下降速率、激光扫描速度线性上升及上升斜率对... 利用ANSYS有限元仿真模拟软件,建立了激光熔凝强化RuT300三维数学物理仿真模型。模型中考虑了材料的相变潜热、热物性参数及激光吸收率的影响,分析了激光熔凝收尾过程中激光功率线性下降及下降速率、激光扫描速度线性上升及上升斜率对熔池形状的影响规律。结果表明:随着激光功率的线性下降或激光扫描速度的线性上升,熔池的面积、深度及宽度均降低;伴随激光功率线性下降斜率绝对值的增大或激光扫描速度线性上升斜率的增大,熔池的面积、深度及宽度均降低。 展开更多

关键词 激光熔凝 熔池 数值模拟 温度

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基于光束变换的激光相变硬化气门座温度场数值模拟 被引量：5

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作者 庞铭 谭雯丹 +2 位作者 张啸寒 江国业 付威 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2018年第22期202-205,共4页

建立了基于激光光束变换的气门座激光相变硬化温度场数值模拟模型,分析了激光功率、激光加热面积以及激光加热时间对激光相变硬化气门座温度场的影响。结果表明:随着激光功率的增加,气门座峰值温度升高,在激光加载结束时刻,加载区域两... 建立了基于激光光束变换的气门座激光相变硬化温度场数值模拟模型,分析了激光功率、激光加热面积以及激光加热时间对激光相变硬化气门座温度场的影响。结果表明:随着激光功率的增加,气门座峰值温度升高,在激光加载结束时刻,加载区域两侧温度梯度增大。随着激光加热面积的增加,加载区域峰值温度降低,激光加载结束时两侧区域温度升高、温度梯度减小。随着激光加热时间的增加,气门座峰值温度升高,激光加载结束时加载区域两侧温度梯度小幅度增加。 展开更多

关键词 激光 光束变换 相变硬化 温度场

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激光相变硬化蠕墨铸铁气门座应力场数值模拟研究 被引量：2

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作者 庞铭 谭雯丹 +2 位作者 付威 张啸寒 江国业 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2018年第24期218-222,225,共6页

采用有限元软件ANSYS建立了气门座激光相变硬化的应力场数值模拟三维有限元模型,分析了激光扫描速度对气门座瞬态应力场与残余应力场的影响。结果表明:气门座激光扫描区域的周向应力大于径向应力,更易产生径向裂纹;随着激光扫描速度的增... 采用有限元软件ANSYS建立了气门座激光相变硬化的应力场数值模拟三维有限元模型,分析了激光扫描速度对气门座瞬态应力场与残余应力场的影响。结果表明:气门座激光扫描区域的周向应力大于径向应力,更易产生径向裂纹;随着激光扫描速度的增加,气门座周向与径向的瞬态压应力与残余拉应力均减小。在气门座激光相变硬化过程中,提高激光扫描速度可以更好地控制径向裂纹的形成。 展开更多

关键词 气门座 激光 相变硬化 应力场

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不同试样厚度对激光熔凝强化RuT300温度场影响规律的研究 被引量：2

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作者 庞铭 张啸寒 +2 位作者 谭雯丹 付威 江国业 《热加工工艺》 北大核心 2020年第8期104-108,共5页

建立了不同试样厚度条件下激光熔凝强化RuT300温度场的仿真模型,分析了试样厚度对温度分布、冷却速率和温度梯度的影响。结果表明:不同厚度的试样在距离上表面相同深度处的最高温度不同,伴随着试样厚度的增加,在试样同一深度处的最高温... 建立了不同试样厚度条件下激光熔凝强化RuT300温度场的仿真模型,分析了试样厚度对温度分布、冷却速率和温度梯度的影响。结果表明:不同厚度的试样在距离上表面相同深度处的最高温度不同,伴随着试样厚度的增加,在试样同一深度处的最高温度减小,厚度参数对试样下部温度场的影响更大;不同厚度的试样在距离上表面相同深度处的冷却速率不同,伴随着试样厚度的增加,在试样同一深度处的冷却速率增大;试样温度梯度的分布自上至下是一个逐渐降低的过程;不同厚度的试样,在距离上表面相同位置处的温度梯度值不同,且试样厚度参数的变化对试样下部的温度梯度影响更大。 展开更多

关键词 厚度 激光熔凝 温度 仿真

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喷枪空间行进速率对等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层温度场的影响 被引量：1

9

作者 庞铭 张啸寒 刘光 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期71-80,共10页

为了突破传统金属/陶瓷双层热防护涂层高温环境易剥离的技术瓶颈,研究喷枪空间行进速率变化对等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层时间域及空间域温度场分布的影响规律。利用ANSYS有限元分析软件,建立等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模... 为了突破传统金属/陶瓷双层热防护涂层高温环境易剥离的技术瓶颈,研究喷枪空间行进速率变化对等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层时间域及空间域温度场分布的影响规律。利用ANSYS有限元分析软件,建立等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,考虑材料不同温度下的热物性参数和材料的相变潜热,通过分析不同喷枪空间行进速率下喷涂构件的温度与温度梯度发现:在喷涂过程的同一时刻,喷枪行进速率越大,单位长度内喷枪与构件相互作用的时间越少,构件的最大温度值越小,构件上表面温度分布的均匀性越高,构件的最大温度梯度值越小;先沉积的涂层对后沉积的涂层存在预热作用,基体的最大温度值呈"台阶式"升高的变化趋势;随着涂层厚度的增加,涂层的热阻增加,基体温度的波动幅度逐渐减小;通过调控各涂层的喷枪行进速率,可进一步减小构件的温度梯度,按照黏结层最大、过渡层次之、陶瓷层最小的顺序进行喷涂时,喷涂构件的温度梯度最小。 展开更多

关键词 等离子喷涂 功能梯度热障涂层 喷枪空间行进速率 温度场 有限元

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结构参数对等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层残余应力的影响 被引量：12

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作者 庞铭 张啸寒 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期23-32,共10页

为了突破传统Mo/8YSZ双层热障涂层高温易剥落的技术瓶颈,利用ANSYS有限元软件建立等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,考虑材料热物性参数随温度的变化情况,研究基体、黏结层及陶瓷层的厚度参数对涂层残余应力的影响。结果表... 为了突破传统Mo/8YSZ双层热障涂层高温易剥落的技术瓶颈,利用ANSYS有限元软件建立等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,考虑材料热物性参数随温度的变化情况,研究基体、黏结层及陶瓷层的厚度参数对涂层残余应力的影响。结果表明:随着基体厚度的增加,喷涂构件的最大径向残余拉应力和最大径向残余压应力均减小;随着黏结层、过渡层和陶瓷层厚度的增加,最大径向残余拉应力增大,最大径向残余压应力减小;残余压应力为轴向的主要残余应力形式,随着基体厚度的增加,最大轴向残余压应力减小,随着黏结层或过渡层厚度的增加,最大轴向残余压应力增大,然而陶瓷层厚度的变化对最大轴向残余压应力的影响并不明显;改变黏结层厚度对基体与涂层界面残余压应力的影响更为明显;基体的厚度在一定范围内对基体与涂层界面残余应力有影响,当基体厚度增加至12 mm时,随着基体厚度的增加,径向残余应力变化不明显;随着基体厚度的增加,应力突变点及应力形式的转变点逐渐过渡到基体与涂层交界边缘的上方区域,随着黏结层、过渡层或陶瓷层厚度的增加,应力突变点及应力形式的转变点逐渐过渡到基体与涂层交界中心的下方区域。通过设计功能梯度热障涂层,并调控热障涂层系统的结构参数,可进一步减小喷涂构件的残余应力和应力突变情况,提升基体与涂层的结合强度。 展开更多

关键词 等离子喷涂 功能梯度热障涂层 结构参数 热力耦合 数值模拟

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激光熔凝强化RuT300收尾凹坑缺陷抑制方法研究 被引量：4

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作者 庞铭 张啸寒 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期131-138,共8页

目的突破气门座激光熔凝收尾凹坑缺陷技术瓶颈。方法建立激光熔凝强化RuT300的三维瞬态温度场仿真模型,模型中考虑激光吸收率、材料相变潜热及热物性参数的影响,并结合Niyama判据,分析激光熔凝强化RuT300收尾过程激光参数线性变化对收... 目的突破气门座激光熔凝收尾凹坑缺陷技术瓶颈。方法建立激光熔凝强化RuT300的三维瞬态温度场仿真模型,模型中考虑激光吸收率、材料相变潜热及热物性参数的影响,并结合Niyama判据,分析激光熔凝强化RuT300收尾过程激光参数线性变化对收尾凹坑缺陷的影响规律。结果在激光熔凝收尾过程中,对比未采用激光参数线性变化的收尾方式,采用激光功率线性下降(斜率为–400)的参数变化方式时,G/√D的最大值由最初的0.0085增大至0.0097;当斜率由–100减小至–400时,G/√D的最大值由最初的0.0087增大至0.0097;采用激光扫描速度线性上升(斜率为20)的参数变化方式时,G/√D的最大值由最初的0.0087增大至0.0142;当斜率由5增加至20时,G/√D的最大值由最初的0.0112增大至0.0142。伴随着激光功率线性下降或激光扫描速度线性上升,激光熔凝气门座收尾凹坑有缩减趋势,且伴随着激光功率线性下降过程斜率绝对值或激光扫描速度线性上升过程斜率的增大,收尾凹坑有进一步缩减趋势。实验分析与数值模拟结果基本吻合,说明了模型的有效性。结论在激光熔凝收尾过程中,采用激光功率线性下降或者激光扫描速度线性上升方法可以抑制收尾的凹坑缺陷,提升气门座的可靠性。 展开更多

关键词 激光熔凝 凹坑缺陷 数值模拟 Niyama判据 蠕墨铸铁 温度场

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