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英文翻译
本科毕业设计(论文)外文翻译译文
学生姓名:
范小培
院(系):
材料成型及控制工程
专业班级:
材料0501
指导教师:
刘小刘
完成日期:
2009年3月20日
电磁加速下的碳化硼涂层等离子喷涂
j.北村,第usuba,耀kakudate,每小时横调山,甲田中,第藤原
(提交于2001年7月17日,修订于2001年10月19日)
一项电磁加速等离子喷涂的新体系,由高电流电弧等离子体脉冲枪,已经研制成功的大流动速率的脉冲粉末注射器组成,用来合成一种具有高附着力的致密的硬涂层碳化硼(碳化硼)。
有附加的圆柱电极配置的等离子枪产生了一个典型的速度为1.5公里/秒和最大压力为1MP的电磁加速电弧等离子体,分别由电弧脉冲高电流约100A及持续时间约300微妙完成。
加速和加热的来源粉末由注入到跨电极的枪完成,对于这一代等离子设备来说,使用新开发脉冲粉末注射器,可使每1MS注入的每克粉末得到延迟时间的精确控制。
有了这一系统,高附着力和黏结性的硬碳化硼涂料将在无粘结剂镜面抛光不锈钢(SUS304)衬底成功的形成。
1介绍
碳化硼(碳化硼),是一种在高温下和高热流条件下作为超硬涂料的具吸引力的材料。
散装烧结碳化硼是其中最硬的材料的一种,只有金刚石和立方氮化硼可以超越它。
它也有低密度和良好的耐化学剂性能。
举例来说,它可应用于作为涂层材料的切削工具和在核聚变反应堆保护一个托卡马克墙,。
综合硼硬质合金涂层进行了几种方法调查,;它们包括射频等离子体化学气相沉积(CVD),微波等离子体化学气相沉积,激光计算机辅助(CVD)法,等离子体喷射CVD,溅射,天然气转换技术,脉冲激光沉积,等离子喷涂;和离子束蒸发技术。
如果在高温下的和/或热流条件下用B4C涂层,从周围环境气体条件下利用厚涂层(〜100μm或更厚)以保护基地基板材料似乎是很合理地。
由于等离子喷涂的高增长率和高颗粒升温速率,作出这样的厚涂层被认为是合适的。
为了制作这种厚涂层,等离子喷涂由于他的高增长率和高离子温率,被认为是合适的。
。
然而,当用等离子喷涂时,由于粉末喷射的速度不够快,所以形成的涂料密度和粘附性普遍偏低。
当周遭气体穿过毛孔时,稀疏的涂布基材将被损坏,涂层也将很容易脱出。
但另一方面,高速氧燃料火焰喷涂(超音速火焰喷涂)虽然其他方法是能够产生一个高速粉末喷射,但高品质高熔点的涂料无论在均匀度,附着力,以及高密度条件下,粒子加热速率还是不够的。
因此,发展一种喷涂方法,可以产生一个高速粉末喷射,而同时保留高温的重要性是形成一种碳化硼涂层是浓厚。
密集和高度胶粘剂涂层的碳化钨,钽碳化锆硼化物电热爆炸粉末喷涂则是由田村等人开发的,电热爆炸喷射粒子加速速度最快估计为900米/秒。
因为源头材料加热和高电流加速脉冲,这种方法只适用于导电材料,。
脉冲等离子喷涂法,根据,利用高电流脉冲热源材料的方法,用横杆枪电极或相似该ELTEPS同轴圆筒形电极。
在此方法中,源材料是由电磁力,由本身双方焦耳加热和从周围的等离子体热流加速。
源材料加快了约2公里/秒。
用此方法,浓密并高度胶粘剂涂层硬质合金,钨和TiAl产生,[20]tahara等人。
报道涂料绝缘子如氧化铝和氧化锆用磁等离子体动力(米)电弧喷射发动机。
[24]用此方法,绝缘源材料置于靠近阴极的地方被集中等离子体烧蚀并且射流喷到基板。
一个电磁加速等离子喷涂(工)系统已经研制成功。
该项目的目的是尽快加速并且不限于电导率的高电流电弧等离子体热粉末的来源粉末。
这个系统包括一个脉冲高电流电弧等离子体枪,这种枪是一个同轴圆筒形电极,和大流量脉冲粉末的注射器。
这篇文章介绍基本系统的特点和无粘结剂的初步成果绝缘碳化硼(碳化硼)涂层不锈钢(sus304)衬底。
2实验
这个概念的典型喷涂过程的系统说明如图1:
(a)源始粉末注射到粉末注射器中并且未控制循环的冷凝器被控制;(b)粉末伴随着加压气注射入跨枪的跨电极空间,这是最初疏散;(c),注射粉末填补了跨电极空间,大电流放电最初开始于内外电极的最初的细金属丝位置(血浆起爆点),并且建立了磁区;(d)粉末通过电磁加速等离子加速,加热;并且在靠近枪口的基板处形成沉积。
进料口冷凝器
引线
衬底开关
磁场
电流
等离子弧
电磁力
图1的概念,为喷涂的过程中的锹制度。
(一)来源粉末是被控在粉末喷油器,冷凝器的充电电路是落案起诉。
(二)粉末开关加压气体注入到跨电极空间枪。
(三)高电流放电是发起罚款引线建立电弧等离子体和磁力同时进行。
(四)粉末加速和加热电磁加速等离子体。
(五)沉积是formedon衬底。
这种方法的优点是,该粉末可在无任何限制的高电流电弧等离子体的条件下尽快加速和加热的,以形成导电的粉末。
应用此方法,粉末注射器被视为之一关键要素,因为响应和可重复性注射必须够高,以精确的控制预正式从粉末注射的延迟时间,以开展高电流放电,这被认为是其中一个重要的允许控制涂层特性因素的重要因素。
然而,它不可能用常规电磁阀,而这种电磁阀由于其小流量和不足之处重新出现被广泛用来作为燃料喷射器,.基于这个原因,为粉末注射开发的一个简单的方法如图2所示,其中(a)最初粉末被控在加压气藏里,它有一个大开口喷嘴的就,这个喷嘴是由薄树脂膜制成的膜片;(b)在某一特定的时间,膈肌旁边的优良的金属引线是由脉冲电流引起爆炸的;(c)电线爆炸造成隔膜的瞬间破裂,并随后含有压力气的粉末注入到跨电极空间.这种方法有望实现大流量和高可重复性的脉冲粉针剂。
为开展高电流电弧等离子体,铜被用于建造枪电极和优良引线。
该负极的中心直径和外圆筒形阴极的内侧直径分别为15毫米和40毫米。
等离子体最初指向枪口的直径与等离子体射出的射程是一致的,为36厘米。
粉末注射液点是位于4厘米背后等离子体起爆点。
这些方面并不固定,如果需要的话可以优化。
3个光学传感器的设备,是通过检测等离子体射出时的加速度来测量的。
等离子体起爆点和光学传感器之间的距离分别为10厘米,20厘米和36厘米(枪,枪口)。
冷凝器收集3中频,其最高被控电压和储存电能源分别为10千伏和150千焦,分别是为了高电留源来使用。
最低放电间隔相应于之间的10分钟的时间拍摄,这个时间来源于规格的,为高电流起动开关和钳(铁棒)交换机的ignitron开关(理查森电子,有限公司,IL,美国)。
粉末注入器的手工气体储藏箱是由铜和聚碳酸酯制成的,,它可有17立方厘米的容量和8mm的喷嘴直径。
聚氯乙烯薄膜用于膈膜。
铜线的爆炸和氩天然气是分别用来为膈肌破裂和粉注射剂的,现在系统的实际拍摄周期为15-20杆/天,由粉末的手动装置和,为了粉末注射的隔膜和等离子体出始引丝,这是有限的。
装置的方法是适应实验的基本方法,由于成本低,简单,实验室的规模适合基本实验。
B4C涂层形成的典型实验条件如表1总结的。
冷凝器储藏在5.9千伏是为了储藏52.2千焦电能。
铜线的直径为为100μm是为了电弧等离子体的开始形成(粒径:
60μm的,纯度:
98%,nilaco公司,日本)。
作为衬底,,10毫米×10毫米,厚度对3mmthat被镜面抛光与金刚石浆料为1μm不锈钢(sus304)板被使用。
通过撞击基板上的大部分粉末来增加增长率增,六板置于同样10厘米远离跨空间电极的枪上的交叉部分的以推算的平面上的枪口,因为喷雾格局已被视为环形。
粉末气体
膈肌
引线开关
跨电极空间
电线爆炸
跨电极空间
气体
跨电极空间
图2插图的大流量脉冲粉末注射过程中。
(一)粉末是被控在加压气藏,这已
喷嘴是封闭与隔膜制成的薄树脂薄膜。
(二)在某一特定的时间,优良的金属引线位于膈肌爆炸是由脉冲电流。
(三)线爆炸原因一瞬时破裂,膈肌及随后注射战俘德与加压气体进入跨电极空间
表1典型的试验条件
参数最佳条件
电容的冷凝器3mF
外加电压5.9kV
储存能量52.2kJ
最低之间的间隔排放10min
直径带头铜线100μm
来源粉末多晶B4C(60μm,98%)
衬底SUS304(10×10mm2)
衬底温度室温
环境压力1Pm
图2资料的最优条件粉末注射器
参数最佳条件
直径带头铜线100μm
膈肌聚氯乙烯(旭化成公司,40μm)
氩气压力0.8Mp
喷涂过程可在无需任何预处理的衬底上进行,如加热或喷砂。
周遭空气压力,这是典在腔中的不到1PA的压力,包括跨电极的空间,也是一个为脉冲粉末注射器的妥善运作和随后B4C涂层的形成得以优化的一个因素。
为刻画涂料,扫描式电子显微镜(SEM),光学显微镜,维氏硬度测试(高压),X射线衍射(X射线衍射),电子探针(电子探针)都可使用。
3.结果和讨论
脉冲粉喷油器的最佳条件参数如表2归纳。
典型的波形压力变动,在喷油器和放电电流
条件改变时如图3所示,再此注入的粉末数量为1.5g.开始时压力变化清楚地在图3(a)中看到。
导线爆炸的触发时间的和压力变化的开始时间之间的时间被定义为署理时间。
在7项测试在相同条件下,平均的实践时间为。
320±10μ秒。
为获得这样一个高度的重现性反应,电线爆炸的峰值电流应至少有1KA,图3(b)所示。
压力增加的改变,换句话说,增加该氩气射流速度,是在约1800μ秒(白箭在图3A)时观察到的。
当喷油器中压力粉末改变时,这种压力改变也无增长。
这表明此时大多数阻碍了燃气射流的粉末已从喷嘴注入到跨电极空间。
因此,粉末的流速,估计为1克/MS。
这被认为是这个大流量速率粉末注射器瞬为具有高重复性涂料供应足够的物质材料。
膈肌是主要破裂分散。
碎片主要仍停留在注射器的跨空间电极附近。
署理时间
喷
油
器
中
的
压
力
【压强】
时间【毫秒】
放
电
电
流
【KA】
时间【毫秒】
图3(a)的压力变化,在喷油器在碳化硼粉末注射过程;
(二)放电电流为铜线爆炸
放
电
电
流
【KA】
时间【毫秒】
大电流放电产生电磁加速等离子体的一个典型的波形的及在喷涂过程中光学传感器所检测到的光发射图4所示,粉末注射的离子体引发的延误等为3.75MS。
最大电流约100KA,并燃放时间大约是300μ秒。
从信号的光学传感器可知,等离子体从点a(10厘米)到C点(枪,枪口)的平均速度,估计2.2公里/秒。
估计最大的电磁压力是1兆帕斯卡。
实测等离子体电压范围从100V到150V,并预计适用能量范围从1.0千焦到1.5千焦。
当延迟时间的等离子体从3毫秒至20毫秒改变时,等离子体的加快速度也会随之变化,从1.5公里/秒到3.0公里/秒。
涂层形成的高重复性的预计,是因为粉末注射器活动时的重复性小于〜1/10的放电时间。
图5二次电子显微图像(a)来源碳化硼粉末及(b)作为喷涂涂层表面
涂料在镜面抛光sus304基板形成。
虽然六个基板中的一个或两个未被覆盖,当粉末供应为0.1g时,在短短局部查获外,其他基板被完全覆盖.在这数额,完全覆盖的面积的增长率从0.5-1.0m的/一枪。
当粉末供应量为0.5g和饱和量较大时,增长率将从1.5μm/枪上升为2.0μm/枪因为粉末共给增加未覆盖面积的面积也减小,并且供应为1.5克时消失。
从拍摄几百次的时间可看出,这些涂料形成的条件高,重复性好。
扫描电镜照片来源于如图5所示的碳化硼粉末和表面的一个作为喷涂的碳化硼涂层。
该粉末的变化在图5(B)中看的很清楚。
这说明碳化硼粉在喷涂过程末熔融。
用电子探针从地图上观察到硼或碳的无隔离区。
用电子探针在如图5(b)的白滴观察,被确定为铜的,它被认为是可以在从枪电极或等离子开始的引线处产生。
厚度图层随着进一步涂料的喷上程线性关系增加。
图6(A)及(B)显示光学显微图象的截面;未喷涂的镜面抛光不锈钢基板和合成的50多种供应的1.0克/枪的源头硼硬质合金涂层。
从图6(b)可知,涂层的厚度大约为80μm,增长速度和沉积效率估计为1.6μm/枪杀和0.5%,分别。
虽然有若干裂纹,跨裂缝区,即该涂层结构之间的裂痕,与碳化硼喷涂涂料相比,低孔隙率是相对一致的。
于1.6μm/枪的增长率和开枪子弹发数分别相比,涂层裂纹的宽度和数量较大,较少。
这表明,裂缝是来自无原始形态特征源头粉末。
裂纹是由内部压力造成的。
这些压力是由于涂层重复的扩张和收缩产生的。
当涂层厚度超过临界厚度时,喷涂后将产生等离子体烧灼的重复加热和室温温度冷却。
从这些观察中,跨裂缝区的密度猜测是高于常规喷雾得到的硼硬质合金。
如6(b),接口层和衬底之间被观察到没有空置量。
界面的粗糙度提示,由于粉末高流速的影响,涂层材料紧紧的扣在原始表面光滑的sus304衬底上。
因此,涂料对衬低可望有良好的粘附性
。
图6横截面的光学显微图像(a)在联合国喷涂镜面抛光sus304基板及(b)碳化硼涂层对sus304基板(50杆)
涂层的晶体结构被查处使用X射线衍射。
图7(a)和(b)显示,分别经X光衍射的原始碳化硼粉末和50枪的涂层的图案。
观察XRD测量的入射角(=0.3°)是用于涂层的。
图7(a)衍射图是与联合委员会的粉末衍射标准的的是匹配与联合委员会的粉末标准的三方碳化硼数据相匹配(卡没有35-0798),2=26.35°的一高峰除外,这一高峰认定为石墨。
。
图7(b)的涂层粉末的原来的结晶结构是重复的。
该石墨的高峰仍可在图7(b)中观察到。
如图7(b)的高峰处2=43.3°被确定为属于铜。
与其他碳化硼涂料比较,除涂料用合成的离子束蒸发技术外,涂料在这方面工作已经有了一个高结晶结构。
从定量电子探针,粉末硼和碳的化学成分比例(二/三〜四),是保存在涂层。
用电子探针衡量在涂层的铜和氧原子浓度大约分别有5%和不少于1%。
膜片没有被纳入(聚酰氯,CH2的=货运有限公司)进入涂层被认为是由于组成比例的B/C没有维护和通过电子探针没有观测到氯气。
强
度
2θ(度)
强
度
2θ(度)
图7月的X射线衍射图谱
(一)来源公元前粉及(b)B4C涂层对sus304衬底
50枪涂层维氏硬度(高压)的和作为一个参考的烧结散装碳化硼的如图8所示,此时负载和加载时间分别是50绿KG和10秒。
涂层的跨裂隙区的高压值范围从21.6-31.4MP。
平均价值25.5APA(2600kgf/mm2),其他碳化硼涂层是相对较高的。
这时认为高压值是从高度结晶而来,如图7(b)所示。
然而,高压值仍小于烧结碳化硼,其高压值范围从30.4-36.3APA33.8APA(3450kgf/mm2)。
涂层的较小值被认为是不足的涂层密度和/或混合铜(高压〜37kgf/mm2)导致的。
图8八维氏硬度的涂层公元前50杆和单仲偕tered4散装碳化硼作为一个参考4
4结论
EMARS的系统是由一个电弧等离子体和一个大流动速率的脉冲粉末注射器组成,这种粉末注射器是由一个较高的熔点的硬质材料如碳化硼为涂层发明的。
这个制度的优点是,粉末可激烈的加速和加热,并可由不限于电导率的高电流电弧的粉末加速和加热。
加速的等离子体的速度从1.5公里/秒到3.0公里/秒。
以及估计在为100KA的高电流脉冲和〜300μ秒的时间最多电磁压力是~1MP。
高重复性的涂料形成是由于实现了向高,重复性好,并采取行动大流量的粉末注射器。
硬厚硼碳化物(碳化硼)涂料形成的镜面抛光sus304基板无粘结材料或预处理的衬底。
来源粉末的晶体结构和二/三的比例尽管损失了形态特征,但还需在制作。
经进一步调查,如测量等离子体密度,等离子体温度,及粉末速度对了解这种机制的这一涂料过程是必要的。
同时,为了提高增长速度可改善开关,和使粉末供应自动化,和引发等离子体,都是必要的。
涂层和基材之间的形成粗糙界面产生了一种高附着力。
此外,涂料的原始粉末的亏损的形态特点显示了一种大的粉末变形。
因此认为,这些都是由粉末的高流速引起的。
5.感谢
这项工作是由前沿碳技术项目支持的,由新能源产业技术综合开发组织联名向日本精细陶瓷中心(jfcc)研究开发的。
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