3D打印用球形钛粉气雾化制备技术及机理研究
发布时间：2023-11-12 15:18
3D打印技术具有制造流程短、个性化强、近终成形等特点,被广泛应用于制造钛合金零件,其中钛粉是3D打印技术的关键原材料。钛粉的质量直接影响最终产品的性能,3D打印用钛粉要求具有球形度高、含氧量低、粒径细小等特点。传统的钛粉制备方法存在着细粉收得率低、雾化效率差、设备能耗大等缺点,这些导致了制备高质量钛粉成本昂贵。因此,制备成本低廉的高质量钛粉对于3D打印技术的发展具有重要意义。本论文以制备低成本、高质量球形钛粉为研究目标,将无坩埚式熔化技术与气雾化技术相结合,提出了“高频感应熔化钛丝气雾化”制备技术,并研制高频感应钛丝气雾化制粉设备。采用数值模拟和实验相结合的方法系统研究了钛丝高频感应熔化过程和在非约束条件下的紧耦合雾化机理,在高频感应熔化钛丝气雾化制粉设备成功建立的基础上,开展了钛粉制备工艺规律研究,对粉末特性进行表征,最终制备出低成本、高质量球形钛粉。主要研究结果如下:基于高频感应加热原理以及钛的物理性能,采用高频感应无坩埚方式熔化钛丝。建立了包含电磁场、温度场、流场的多物理场耦合的高频感应熔化钛丝模型,利用COMSOL Multiphysics软件分析了高频感应熔化钛丝过程中多物理...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 球形钛粉制备方法研究现状
1.3.1 惰性气体雾化法
1.3.2 电极感应熔化气体雾化法
1.3.3 等离子惰性气体雾化法
1.3.4 等离子旋转电极法
1.3.5 旋转盘雾化法
1.3.6 等离子火炬雾化法
1.3.7 等离子球化法
1.3.8 超声波雾化法
1.3.9 球形钛粉制备方法总结
1.4 钛熔炼技术及数值模拟研究现状
1.4.1 钛及其合金熔炼方法概述
1.4.2 钛熔炼数值模拟研究现状
1.5 气雾化制粉原理及喷嘴研究进展
1.5.1 气雾化制粉原理
1.5.2 钛粉雾化喷嘴及其结构研究进展
1.5.3 雾化喷嘴气流场数值模拟研究进展
1.6 雾化工艺参数对粉末性能的影响研究
1.7 研究内容、方案及创新点
1.7.1 研究内容
1.7.2 研究方案
1.7.3 主要创新点
2 实验材料与方法
2.1 实验材料
2.2 数值模拟软件
2.3 分析测试方法
2.3.1 粉末粒度分析
2.3.2 粉末形貌分析
2.3.3 熔体温度测量
2.3.4 粉末物性测量
2.3.5 粉末球化率测量
2.3.6 粉末氧含量测定
2.3.7 微观组织观察
2.3.8 雾化气流压力测量
3 高频感应熔化钛丝的数值模拟及机理研究
3.1 引言
3.2 实验设计理论依据
3.3 钛丝感应熔化模型的建立
3.3.1 模型建立及网格划分
3.3.2 控制方程及边界条件
3.3.3 材料物性参数确定
3.3.4 计算求解设置
3.4 感应加热线圈形状对电磁场及温度场影响规律
3.5 不同直径钛丝加热过程中变化规律
3.6 电流频率对钛丝加热效率的影响规律
3.7 高频感应熔化钛丝过程及机理研究
3.8 实验验证
3.9 本章小结
4 紧耦合非约束式雾化流场结构及雾化机理研究
4.1 引言
4.2 喷嘴整体结构设计
4.2.1 喷嘴喷管设计
4.2.2 中心孔结构设计
4.3 喷嘴模型建立
4.3.1 模型建立及网格划分
4.3.2 流体动力学控制方程
4.3.3 边界条件
4.3.4 求解设置
4.4 紧耦合非约束式雾化喷嘴流场气体动力学分析
4.4.1 雾化气流夹角对气流场影响规律
4.4.2 紧耦合非约束式雾化喷嘴结构优化
4.4.3 雾化压力对气流场的结构的影响规律
4.4.4 雾化压力对滞点以及马赫盘位置的影响规律
4.4.5 雾化压力对抽吸压力的影响规律
4.5 紧耦合非约束式雾化气液两相流破碎过程及机理研究
4.5.1 液流初次破碎机理研究
4.5.2 液滴二次破碎机理研究
4.5.3 雾化模型的提出
4.6 本章小结
5 高频感应熔化钛丝气雾化制粉设备的研制及建立
5.1 引言
5.2 高频感应熔化钛丝气雾化制粉设备组成
5.3 传送系统研制
5.4 熔化系统研制
5.5 雾化系统研制
5.6 高频感应熔化钛丝气雾化制粉设备的建立
5.6.1 设备说明
5.6.2 调试与结果
5.7 本章小结
6 高频感应熔化钛丝紧耦合气雾化连续制备技术工艺研究
6.1 引言
6.2 钛粉制备工艺流程
6.3 雾化压力对钛粉性能的影响
6.4 熔体温度对钛粉性能的影响
6.5 送丝速度对钛粉性能的影响
6.6 雾化气体纯度对粉末性能影响
6.7 雾化工艺优化及粉体表征
6.8 球形钛粉制备技术对比
6.9 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3863415
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 球形钛粉制备方法研究现状
1.3.1 惰性气体雾化法
1.3.2 电极感应熔化气体雾化法
1.3.3 等离子惰性气体雾化法
1.3.4 等离子旋转电极法
1.3.5 旋转盘雾化法
1.3.6 等离子火炬雾化法
1.3.7 等离子球化法
1.3.8 超声波雾化法
1.3.9 球形钛粉制备方法总结
1.4 钛熔炼技术及数值模拟研究现状
1.4.1 钛及其合金熔炼方法概述
1.4.2 钛熔炼数值模拟研究现状
1.5 气雾化制粉原理及喷嘴研究进展
1.5.1 气雾化制粉原理
1.5.2 钛粉雾化喷嘴及其结构研究进展
1.5.3 雾化喷嘴气流场数值模拟研究进展
1.6 雾化工艺参数对粉末性能的影响研究
1.7 研究内容、方案及创新点
1.7.1 研究内容
1.7.2 研究方案
1.7.3 主要创新点
2 实验材料与方法
2.1 实验材料
2.2 数值模拟软件
2.3 分析测试方法
2.3.1 粉末粒度分析
2.3.2 粉末形貌分析
2.3.3 熔体温度测量
2.3.4 粉末物性测量
2.3.5 粉末球化率测量
2.3.6 粉末氧含量测定
2.3.7 微观组织观察
2.3.8 雾化气流压力测量
3 高频感应熔化钛丝的数值模拟及机理研究
3.1 引言
3.2 实验设计理论依据
3.3 钛丝感应熔化模型的建立
3.3.1 模型建立及网格划分
3.3.2 控制方程及边界条件
3.3.3 材料物性参数确定
3.3.4 计算求解设置
3.4 感应加热线圈形状对电磁场及温度场影响规律
3.5 不同直径钛丝加热过程中变化规律
3.6 电流频率对钛丝加热效率的影响规律
3.7 高频感应熔化钛丝过程及机理研究
3.8 实验验证
3.9 本章小结
4 紧耦合非约束式雾化流场结构及雾化机理研究
4.1 引言
4.2 喷嘴整体结构设计
4.2.1 喷嘴喷管设计
4.2.2 中心孔结构设计
4.3 喷嘴模型建立
4.3.1 模型建立及网格划分
4.3.2 流体动力学控制方程
4.3.3 边界条件
4.3.4 求解设置
4.4 紧耦合非约束式雾化喷嘴流场气体动力学分析
4.4.1 雾化气流夹角对气流场影响规律
4.4.2 紧耦合非约束式雾化喷嘴结构优化
4.4.3 雾化压力对气流场的结构的影响规律
4.4.4 雾化压力对滞点以及马赫盘位置的影响规律
4.4.5 雾化压力对抽吸压力的影响规律
4.5 紧耦合非约束式雾化气液两相流破碎过程及机理研究
4.5.1 液流初次破碎机理研究
4.5.2 液滴二次破碎机理研究
4.5.3 雾化模型的提出
4.6 本章小结
5 高频感应熔化钛丝气雾化制粉设备的研制及建立
5.1 引言
5.2 高频感应熔化钛丝气雾化制粉设备组成
5.3 传送系统研制
5.4 熔化系统研制
5.5 雾化系统研制
5.6 高频感应熔化钛丝气雾化制粉设备的建立
5.6.1 设备说明
5.6.2 调试与结果
5.7 本章小结
6 高频感应熔化钛丝紧耦合气雾化连续制备技术工艺研究
6.1 引言
6.2 钛粉制备工艺流程
6.3 雾化压力对钛粉性能的影响
6.4 熔体温度对钛粉性能的影响
6.5 送丝速度对钛粉性能的影响
6.6 雾化气体纯度对粉末性能影响
6.7 雾化工艺优化及粉体表征
6.8 球形钛粉制备技术对比
6.9 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3863415
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3863415.html
