冷气体动力喷涂技术中颗粒的喷涂速度对沉积效果的模拟研究.pdf

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1、·机械研究与应用·2015年第1期(第28卷，总第135gq)应用与试验冷气体动力喷涂技术中颗粒的喷涂速度对沉积效果的模拟研究刘陈光，漆波，杨林(南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001)摘要：通过有限元分析工具ANSYS对颗粒与基板间的碰撞过程建立了相应的计算模型，对颗粒在不同的喷涂速度下撞击基板的过程进行了分析，并重点研究了碰撞速度对沉积效果的影响，研究结果表明：颗粒的扁平率随着颗粒的速度的增加而增加，在基板上的形成的凹坑的深度也随之增加，颗粒与基板碰撞面积也增加。关键词：冷喷涂；模拟计算；沉积机理中图分类号：TP31文献标志码：A文

2、章编号：1007-4414(2015)01—0067—02NumericalSimulationonEfectoftheParticlesVelocityonBondingPerformanceinColdGasDynamicSprayUUChen-guang，Q1Be，YANGLin(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofSouthChina，HengyangHunan421001，China)Abstract：ThroughtheanalysistoolANSYS，thecorrespond

3、ingcalculationmodelofthecollisionprocessbetweenparticlesandsubstrateisestablished，andthecollisionprocessofparticlesunderdifferentsprayingspeedtothesubstrateisanalyzed，focusedoneffectoftheparticlesvelocityondeposition．Theresultsshowthatthefiatrateofparticlesincreasedwiththe

4、in—creaseofparticlevelocity，theformingpitdepthonthesubstrateandthecollisionareaofparticleareincreasedeither．Keywords：coldspraying；analogcomputation；depositionmechanismO引言行计算。采用ANSYS／LS—DYNA中自动单面二维接冷气体动力喷涂是近年来发展起来的一种新的触来求解碰撞过程。采用二维轴对称模型。取粒子喷涂方法，受到的关注越来越大，国内外学者对其进直径为20um的球体，

5、基体模型半径为200am，高度行了很多研究。大连理工大学李刚等研究了冷喷涂200um。把基体底边看为固壁，限制此边界上所有节中颗粒的入射角度对沉积效果的影响，研究表明：随点y方向上的位移。其他所有边界看做自由边界。着入射角度的增加，颗粒的沉积深度减小，结合强度有限元网格划分采用二维4节点薄壳单元，面内中心减弱¨J。西北工业大学李文亚等研究了颗粒与基板单点积分。划分结果如图1所示。的碰撞行为，研究表明：颗粒的喷涂速度对颗粒与基板变形及接触界面温度升高影响很大。重庆大学周新晶等研究了颗粒的材料性能对冷喷涂涂层的影响，研究表明：颗粒与基板的材料性

6、质是影响涂层质量的重要因素]。AssadiH等研究了颗粒喷涂基板图1网格划分示意图的过程中颗粒要满足最小的临界速度，否则无法完成沉积。本文通过研究颗粒在不同的喷涂速度下，颗粒与基板材料都选用铜材料，所用cu材料各建立所需数学模型，对颗粒与基板的沉积过程利用ANSYS进行了模拟分析，分析了喷涂速度对涂层形项性能参数如下：密度值(DENS)为8900kg／m，杨成的影响。氏模量(EX)为117GPa，泊松比(NUXY)为0．35，屈服应力值(YieldStress)为100MPa，切向模量(Tan—1计算模型gentModulus)为400MP

7、a，应变强化系数B(beta)为同样采用ANSYS／LS—DYNA对碰撞过程进行模0．5，应变率强化系数C和P都为100。拟。基于动量、质量和能量三个守恒的基本方程之2模拟结果与分析上，采用Lganarge算法进行显示离散求解。忽略重力的影响。为方便观察，这次模拟采用整个二维模型进本文进行了Cu粒子速度从300—800m／s跨度收稿日期：2014一l2一o9作者简介：刘陈光(1987一)，男，山东菏泽人，研究方向：功能涂层的制备。·67·