本文關(guān)鍵詞：超音速火焰噴涂鐵基非晶涂層熱應(yīng)力數(shù)值模擬　出處：《南昌航空大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：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(xiě)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、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?xún)?nèi),涂層殘余應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)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?xún)?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。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。研究了顆粒溫度、噴涂層數(shù)、對(duì)流條件對(duì)涂層殘余應(yīng)力的影響。隨著噴涂層數(shù)的增加,涂層-基體界面處的切應(yīng)力增大,X和Y方向的壓應(yīng)力減小;殘余應(yīng)力隨顆粒溫度的升高呈單調(diào)增大趨勢(shì),當(dāng)顆粒溫度超過(guò)1600K時(shí),趨勢(shì)增大;噴涂過(guò)程中對(duì)流換熱越快,涂層-基體界面拉應(yīng)力和壓應(yīng)力均呈減小趨勢(shì)。
[Abstract]:In this paper, AK-07 type Kermetico, coating system for coating of Fe41Co7Mo14C15B6Y2 amorphous alloy coating for reference, based on the ANSYS software, using ICEM software for supersonic flame spraying fluid calculation regional grid, using FLUENT for supersonic flame spraying process by the numerical simulation of computational fluid dynamics software. By extracting the analysis of flow field and heat transfer coefficient of substrate surface the near wall temperature parameter, using parametric programming language ANSYS software of finite element program, established the spray moving heat source model based on the life and death element technology to simulate the spraying speed, the calculation process of spraying distance, particle size, powder feeding rate and other parameters were measured and a spray flow field the numerical model and the coating temperature field and stress field numerical model is feasible, the coating temperature and flow field of supersonic flame spraying plate matrix Temperature field and residual stress field were numerically simulated. The K type thermocouple spraying thermal cycle on the observation points were measured by metallographic test of coating thickness, and the multilayer coating system to calculate the residual stress in the coating value calculation model of stress theory, verify the reliability of numerical simulation results. The temperature field simulation the results are in good agreement with the measured temperature, the peak temperature deviation of 36 4 measuring points are less than 15%, compared with the results of calculation of field simulation results and the theoretical stress of coating residual pressure, the maximum stress value of the 48 comparison, 39 stress value of the deviation is within 15%, the maximum deviation of barrel type and different particle size of sprayed particles on temperature and velocity of the particles is 29.24%.. The increase of particle diameter, particle temperature, the lower the speed, the particle size of 25um-30um particles, the temperature is 1350-1500K, the speed is 410-46 0m/s; the longer the barrel, the particle temperature, the higher the speed, the barrel type 2 and 2L when the temperature of the particles are about 1400K, 40m/s. of different air-fuel ratio and different fuel flow rate on the temperature and velocity of flow and spray particles influence of particle velocity 2L models than the 2 models above. In the simulation of gun barrel is 2L, diameter is 25um under the control of propane flow is 145SLPM, the air-fuel ratio is 3.3, the highest reached 1430K, particle temperature, air-fuel ratio is 3.1, the particle velocity reaches a maximum value of 445m/s; control of the air-fuel ratio is 3.2, a significant increase trend with the temperature of the particles flow of propane increase of propane flow is 1400SLPM, particle temperature is up to the melting point temperature (1388K), when the flow exceeds 150SLPM, the rise of particles increases. Temperature, spray layer, convection effect on coating residual stress. With the increase of coating layers, the coating substrate industry The compressive stress at X and Y decreases as the shear stress increases, and the residual stress increases monotonously with the increase of particle temperature. When the particle temperature exceeds 1600K, the trend increases. The faster the convective heat transfer is, the less the tensile stress and the compressive stress of the coating matrix interface are.

【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1385659