口头报告熔滴的超音速流动对涂层结构及结合性能的作用机制
编号：14
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更新：2024-03-12 09:11:53 浏览：76次
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摘要
熔滴撞击基体涉及铺展、气体嵌入、凝固结晶等多物理过程，所形成摊片是等离子喷涂涂层中最基本结构单元，摊片间及片/基界面的弱结合极大限制了等离子喷涂涂层的应用范围。本研究通过实验与数值模拟相结合方法，对比研究不同飞行性质下氧化钇部分稳定的氧化锆（YSZ）陶瓷熔滴的扁平及凝固结晶行为。研究表明：当飞行粒子性质从亚音速增加到超音速，摊片由网状飞溅转变为针状飞溅，飞溅形态由多层结构转变为单层结构，摊片厚度降低了1/3。同时涂层内部柱状晶高度也降低了1/3，宽度为3/5，且柱状晶贯穿摊片界面并沿[101]方向择优生长，配位多面体生长模型证明了此晶向具有较快的生长速率。由于柱晶的外延生长以及高碰撞压力促使空气层破碎细化，并迁移至片/基边缘区，促使片/基微结合强度及涂层宏观内结合强度增加1.7倍。基于非线性力学及相场理论，建立一个涵盖流体、传热、移动界面及结晶微观组织形成的耦合多物理场模型，再现飞行陶瓷熔滴撞击基体后的扁平化行为以及所伴随的凝固结晶的动态过程，并确定熔滴初始状态与最终形成的片层结构的量效关系，阐明熔滴不同飞行性质下空气层的迁移特性及对涂层多尺度结合的调控机理，为高性能涂层结构设计与开发提供了新的思路与方法。
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