不同基底上等離子噴涂鉬層片形成過程的三維模擬

鄭振環，李 強

(福州大學材料科學與工程學院， 福州 350116)

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不同基底上等離子噴涂鉬層片形成過程的三維模擬

鄭振環，李 強

(福州大學材料科學與工程學院， 福州 350116)

摘要：基于有限體積法，運用流體體積法(VOF)追蹤自由液面，同時考慮流動、傳熱和基底熔化的耦合，對在1Cr13不銹鋼和H70黃銅基底上等離子噴涂鉬層片的形成過程進行了三維瞬態模擬；通過等離子噴涂試驗制備了鉬層片，利用掃描電子顯微鏡和臺階儀分別測試了鉬層片的形貌和表面輪廓曲線，并將試驗結果與模擬結果進行了對比驗證。結果表明：在兩種基底上模擬得到的鉬層片形貌、厚度、鋪展系數以及基底撞擊凹坑深度都與試驗結果吻合較好；1Cr13不銹鋼基底上鉬層片發生飛濺是由于鉬熔滴在鋪展過程中受到已凝固薄層的阻礙而抬離基底，進而脫離已凝固層而形成的。

關鍵詞：等離子噴涂；層片；鉬；有限體積法；三維模擬

0引言

等離子噴涂是利用熱等離子體將噴涂粉加熱到熔化或半熔化狀態，并使其加速撞擊到基底上形成層片，層片不斷堆疊累積形成涂層的一種技術[1]。層片是涂層的基本單元，研究層片形成過程的控制因素對涂層質量的控制具有重要意義。噴涂熔滴的尺寸小(幾十到幾百微米)，撞擊基底的速度快(幾十到幾百米每秒)，形成層片的鋪展和凝固時間在微秒量級，若通過試驗來觀察層片的形成過程，其時間和空間分辨率有限[2]，而數值模擬在該方面具有試驗無法比擬的優勢。……