郑振环，李 强

(福州大学材料科学与工程学院， 福州 350116)



不同基底上等离子喷涂钼层片形成过程的三维模拟

郑振环，李 强

(福州大学材料科学与工程学院， 福州 350116)

摘要：基于有限体积法，运用流体体积法(VOF)追踪自由液面，同时考虑流动、传热和基底熔化的耦合，对在1Cr13不锈钢和H70黄铜基底上等离子喷涂钼层片的形成过程进行了三维瞬态模拟；通过等离子喷涂试验制备了钼层片，利用扫描电子显微镜和台阶仪分别测试了钼层片的形貌和表面轮廓曲线，并将试验结果与模拟结果进行了对比验证。结果表明：在两种基底上模拟得到的钼层片形貌、厚度、铺展系数以及基底撞击凹坑深度都与试验结果吻合较好；1Cr13不锈钢基底上钼层片发生飞溅是由于钼熔滴在铺展过程中受到已凝固薄层的阻碍而抬离基底，进而脱离已凝固层而形成的。

关键词：等离子喷涂；层片；钼；有限体积法；三维模拟

0引言

等离子喷涂是利用热等离子体将喷涂粉加热到熔化或半熔化状态，并使其加速撞击到基底上形成层片，层片不断堆叠累积形成涂层的一种技术[1]。层片是涂层的基本单元，研究层片形成过程的控制因素对涂层质量的控制具有重要意义。喷涂熔滴的尺寸小(几十到几百微米)，撞击基底的速度快(几十到几百米每秒)，形成层片的铺展和凝固时间在微秒量级，若通过试验来观察层片的形成过程，其时间和空间分辨率有限[2]，而数值模拟在该方面具有试验无法比拟的优势。……