超音速微粒沉积的颗粒连续沉积过程及模拟研究

摘要

目的研究超音速微粒沉积过程中,不同颗粒的沉积状态以及后续颗粒的夯实作用对涂层沉积的影响规律。方法采用显式非线性有限元软件LS-DYNA模拟单层颗粒与基体的碰撞,采用自动二维单面接触ASS2D(Automatic 2-D single surface contact)求解接触过程,研究超音速微粒沉积中多颗粒沉积行为、后续颗粒碰撞对涂层成形的影响规律。采用超音速微粒沉积技术在铝合金表面制备Al-Si涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的表面/截面形貌,进而验证模型的可靠性。结果多颗粒沉积过程中,颗粒与颗粒之间相互嵌合,形成互锁效应,有利于提高涂层的结合强度。后续颗粒对先沉积颗粒具有夯实作用,夯实作用使颗粒扁平化程度加大,同时使颗粒之间紧密结合,存在夯实作用的颗粒压缩率提高至3倍以上,有效避免了涂层孔隙和裂纹的形成。通过观察所制备的Al-Si涂层的表面/截面形貌,证明模型具有可靠性。结论采用数值模拟方法探讨超音速微粒沉积多颗粒在基体上的变形行为,可为超音速微粒沉积的应用提供理论依据。