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等离子喷涂技术在过去30余年的时间里得到迅速的发展和厂泛应用。目前,等离子喷涂技术的研究主要集中在提高喷涂质量、增加工艺稳定性、提高喷涂效率等方面。喷枪内部电弧特性显著影响等离子体射流温度和速度的分布,提高喷涂效率的关键在于如何充分利用等离子体电弧产生的高能量对喷涂粉粒进行加热和加速。实现这一目的途径之一是采用轴向内送粉方式并控制电弧分布特性以使粉粒得到更高能量。然而目前还缺乏对喷枪内部电弧特性及其影响因素的系统分析。同时由于内送粉式等离子喷涂方式也存在需要克服的问题,例如熔化粉粒容易在喷嘴表面沉积等。因此研究低能耗、高效率等离子喷涂的规律是这种技术发展的需要。由于采用内送粉方式等离子喷涂时,粉粒的加热加速过程主要在喷枪内部完成的,所以对喷嘴内部的等离子体电弧特性的研究显得更为重要。但是由于测试技术所限,对这一部分的实验研究比较困难。 本文借助焓探针等测量技术和计算机数值模拟方法,对低能耗、高效率非转移弧热等离子喷涂特性及相关问题开展了较系统的研究。其研究思路是:建立喷涂过程数学模型并利用计算机模拟技术,研究喷枪内部电弧分布特性、喷枪内部和外部的温度和速度分布特性以及喷涂粉粒的动力学和热力学特性,探讨提高喷涂效率的影响因素和途径;借助焓探针等测量技术测量喷枪外部射流和粉粒温度和速度分布特性,以验证模拟分析的结果:采用涂层性能实验手段,分析所制备涂层的特性,确保喷涂的质量。论文的主要成果如下: 1.采用自制焓探针测量系统、基于数字摄影的粉粒测量系统以及各种涂层特性实验分析手段,揭示了低功率、高效率等离子喷涂设备Plasma-LE15的等离子体射流、射流中粉粒的动力学与热力学基本特性,以及采用该系统所制备涂层的特性。研究的结果表明:采用低功率、高效率等离子喷涂设备能够获得相当于通用APS设备的等离子体射流特性和粉粒特性;采用低功率、高效率等离子喷枪喷涂得到的Al2O3涂层具有较好的涂层性能。 2.建立了描述低功率、高效率等离子喷涂系统喷枪内部和外部射流的电磁场、热场和流场的数学模型,并编制了计算机模拟程序。模拟程序充分考虑了控制方