电场辅助真空冷喷涂纳米颗粒加速特性研究

发布时间：2017-04-03 04:15

  本文关键词：电场辅助真空冷喷涂纳米颗粒加速特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电场辅助真空冷喷涂技术是基于真空冷喷涂技术和电场辅助冷喷涂技术而提出的一项新的表面工程技术,旨在解决因基板前弓形激波的影响造成在传统冷喷涂环境下纳米颗粒难以实现有效沉积的技术难题。本文以空气为载气、以Cu颗粒为喷涂颗粒,以临界速度500 m/s为依据,用数值分析方法对影响电场辅助真空冷喷涂纳米颗粒撞击速度的因素进行了研究与探索。主要研究内容如下:首先研究电场辅助冷喷涂下进气压力、颗粒粒径及电场对颗粒撞击速度的影响。研究结果表明,进气压力过大或过小对于颗粒运动均不利,针对特定的喷涂系统需选用最佳进气压力;电场辅助冷喷涂下喷涂颗粒最佳粒径范围为dp≤0.15μm;电场力对喷管内部颗粒运动无影响,在射流区域内对带电颗粒起到加速作用。然后研究真空冷喷涂时真空度(环境压力)、喷涂距离及粒径对颗粒撞击速度的影响。研究结果表明,环境压力对颗粒撞击速度的影响与进气压力相反;喷涂距离过小会引起强烈的板前弓形激波;真空冷喷涂下喷涂颗粒最佳粒径范围为0.8μm≤dp≤1μm。最后研究电场辅助真空冷喷涂时颗粒电荷量、基板电压、喷涂距离对颗粒撞击速度的影响,并进一步探讨了常温常压下以空气为载气是否可以实现纳米颗粒有效沉积。结果表明:通过提高颗粒电荷量或基板电压可实现微米级以下颗粒(dp≤1μm)有效沉积;喷涂距离对电场辅助真空冷喷涂的影响规律与真空冷喷涂相同;常温常压下可通过降低真空度、提高颗粒电荷量或基板电压实现纳米颗粒有效沉积。以上研究成果表明,本文提出的电场辅助真空冷喷涂技术在常温常压下采用空气作为载气就可对纳米级和亚微米级颗粒实现有效喷涂。该技术扩大了喷涂粒径范围,降低了喷涂成本,值得推广应用。
【关键词】：电场辅助真空冷喷涂 纳米颗粒 颗粒撞击速度 加速特性
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB306
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题来源10
• 1.2 研究意义10-11
• 1.3 冷喷涂技术的研究现状11-14
• 1.3.1 传统冷喷涂颗粒加速特性研究现状11-12
• 1.3.2 真空冷喷涂颗粒加速特性研究现状12-13
• 1.3.3 电场辅助冷喷涂颗粒加速特性研究现状13-14
• 1.4 纳米颗粒冷喷涂研究现状14
• 1.5 本文研究的主要内容14-16
• 2 冷喷涂气固两相流基本理论与数值计算方法16-26
• 2.1 气固两相流基本理论16-20
• 2.1.1 气体动力学理论16-19
• 2.1.2 气固两相流中颗粒运动分析19-20
• 2.2 气固两相流数值计算方法20-25
• 2.2.1 控制方程21-22
• 2.2.2 控制方程的离散方法22-23
• 2.2.3 离散控制方程的求解方法23
• 2.2.4 冷喷涂物理模型23-24
• 2.2.5 喷管内和射流区域内网格划分24-25
• 2.2.6 边界类型及求解控制参数的选择25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 电场辅助冷喷涂气固两相流特性研究26-44
• 3.1 电场辅助冷喷涂物理模型26-27
• 3.2 数值计算27
• 3.3 结果与分析27-43
• 3.3.1 进气压力对流场的影响27-32
• 3.3.2 进气压力对颗粒撞击速度的影响32-35
• 3.3.3 粒径对颗粒撞击速度的影响35-38
• 3.3.4 电场对颗粒撞击速度的影响38-43
• 3.4 本章小结43-44
• 4 真空冷喷涂气固两相流特性研究44-56
• 4.1 真空冷喷涂物理数学模型44
• 4.2 数值计算44
• 4.3 结果与分析44-55
• 4.3.1 真空度对流场的影响44-49
• 4.3.2 真空度对颗粒撞击速度的影响49-51
• 4.3.3 喷涂距离对颗粒撞击速度的影响51-54
• 4.3.4 粒径对颗粒撞击速度的影响54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 电场辅助真空冷喷涂颗粒加速特性研究56-66
• 5.1 电场辅助真空冷喷涂物理数学模型56
• 5.2 数值计算56
• 5.3 结果与分析56-65
• 5.3.1 电荷量对颗粒撞击速度的影响57-58
• 5.3.2 基板电压对颗粒撞击速度的影响58-59
• 5.3.3 喷涂距离对颗粒撞击速度的影响59-60
• 5.3.4 常温常压下的颗粒加速特性60-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 结论与展望66-68
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-74
• 作者简历74-76
• 学位论文数据集76

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