先進冷噴涂金屬固態(tài)沉積技術(shù)：理論與應(yīng)用
本書系統(tǒng)介紹了冷噴涂技術(shù)原理、工藝、設(shè)備及工業(yè)應(yīng)用，基于應(yīng)用現(xiàn)狀提出了冷噴涂固態(tài)增材制造技術(shù)的概念，可為冷噴涂技術(shù)在國內(nèi)關(guān)鍵構(gòu)件上的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。全書共 10章：第 1章介紹冷噴涂原理、特點、歷史及研究與應(yīng)用現(xiàn)狀；第 2章系統(tǒng)介紹冷噴涂粒子結(jié)合機理；第 3章和第 4章分別介紹冷噴涂粒子加速加熱行為與碰撞變形行為；第 5章和第 6章分別介紹冷噴涂層組織演變特征與性能；第 7章介紹改善冷噴涂層組織與性能的方法；第 8章介紹冷噴涂裝備系統(tǒng)；第 9章系統(tǒng)介紹冷噴涂材料的工業(yè)應(yīng)用；第 10章為冷噴涂技術(shù)的展望與新機遇。
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目錄
第1章 緒論 1
1.1物體高速碰撞行為 1
1.2冷噴涂技術(shù)的基本原理、概念及內(nèi)涵 2
1.3冷噴涂技術(shù)的特點 5
1.4冷噴涂技術(shù)發(fā)展歷史 8
1.5冷噴涂技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 10
參考文獻 16
第2章 冷噴涂粒子結(jié)合機理 18
2.1冷噴涂粒子結(jié)合的一般認識 18
2.2冷噴涂粒子臨界速度及其影響因素 22
2.2.1冷噴涂粒子臨界速度的概念 22
2.2.2冷噴涂粒子臨界速度測量 25
2.2.3冷噴涂粒子臨界速度的影響因素 29
2.3冷噴涂粒子界面結(jié)合的宏觀行為 36
2.3.1機械咬合與冶金結(jié)合共存機制 36
2.3.2沖擊夯實效應(yīng) 39
2.3.3金屬-陶瓷復(fù)合涂層中硬質(zhì)相的釘扎作用 42
2.4冷噴涂粒子結(jié)合形成過程中的微觀演變 43
2.4.1界面再結(jié)晶結(jié)合機理 44
2.4.2氧化膜破碎結(jié)合機理 46
2.4.3界面局部熔化結(jié)合機理 49
2.4.4冷噴涂金屬-陶瓷共沉積界面行為 55
參考文獻 57
第3章 冷噴涂過程中氣流特性與粒子加速加熱行為 60
3.1冷噴涂粒子加速加熱行為的研究方法 60
3.1.1理論計算 60
3.1.2數(shù)值模擬 63
3.1.3實驗測量 66
3.2冷噴涂載氣流動行為 68
3.2.1冷噴涂載氣流動的基本特征 68
3.2.2氣體參數(shù)對氣流特征的影響 72
3.2.3噴嘴參數(shù)對氣流特征的影響 77
3.2.4基體位置對氣流特征的影響 83
3.2.5送粉速率對氣流特征的影響 85
3.3冷噴涂粒子加速加熱行為 86
3.3.1冷噴涂粒子加速加熱概述 86
3.3.2氣體參數(shù)對粒子加速加熱的影響 88
3.3.3粉末參數(shù)對粒子加速加熱的影響 89
3.3.4噴嘴參數(shù)對粒子加速加熱的影響 91
3.3.5基體位置對粒子加速加熱的影響 94
3.3.6粒子加速主要影響因素的綜合分析 96
3.4冷噴涂噴嘴優(yōu)化設(shè)計 97
3.4.1冷噴涂噴嘴尺寸優(yōu)化設(shè)計 97
3.4.2典型噴涂材料用冷噴涂噴嘴優(yōu)化設(shè)計 98
參考文獻 100
第4章 冷噴涂粒子碰撞變形行為 102
4.1高應(yīng)變速率條件下金屬材料的變形行為及本構(gòu)關(guān)系 102
4.2冷噴涂粒子碰撞變形行為的研究方法 106
4.2.1實驗觀察 106
4.2.2理論分析 107
4.2.3數(shù)值模擬 108
4.3基于拉格朗日法研究粒子碰撞變形行為 113
4.3.1粒子速度與溫度對粒子碰撞變形行為的影響 113
4.3.2粒子速度與溫度對碰撞粒子界面溫升的影響 116
4.3.3網(wǎng)格尺寸對粒子碰撞變形行為計算結(jié)果的影響 117
4.3.4粒子尺寸對粒子碰撞變形行為的影響 119
4.4基于歐拉法數(shù)值計算研究粒子碰撞變形行為 120
4.4.1 采用 LS-DYNA不考慮熱傳導(dǎo)的粒子碰撞變形行為 120
4.4.2 采用 ABAQUS不考慮熱傳導(dǎo)的粒子碰撞變形行為 122
4.4.3 采用 ABAQUS并考慮熱傳導(dǎo)的粒子碰撞變形行為 126
4.5碰撞角度影響 128
4.5.1噴涂角度對粒子碰撞變形行為影響的實驗結(jié)果 128
4.5.2噴涂角度對粒子碰撞變形行為影響的數(shù)值模擬 130
4.6粒子與基體材料種類對粒子碰撞變形行為的影響 132
4.7冷噴涂粒子臨界速度的數(shù)值預(yù)測 135
4.7.1拉格朗日法 135
4.7.2歐拉法 136
4.7.3特征速度法 137
參考文獻 138
第5章 沉積過程中冷噴涂層組織演變特征 140
5.1多粒子碰撞形成涂層的宏觀規(guī)律 140
5.2涂層組織的各向異性 144
5.3粒子沖擊夯實致密化沉積特征 148
5.4原位噴丸致密化沉積工藝與特征 151
5.5噴涂角度對宏微觀組織演變的影響 154
5.6粒子界面微結(jié)構(gòu)演變 156
5.6.1涂層材料的加工硬化與位錯增殖 156
5.6.2殘余應(yīng)力 158
5.6.3界面區(qū)域動態(tài)再結(jié)晶與納米晶形成 163
5.6.4界面局部熔化 167
5.6.5原始粉末表面氧化膜的破碎/夾雜 167
5.6.6界面微孔與未結(jié)合區(qū)及微裂紋 172
5.7復(fù)合涂層組織演變規(guī)律 176
5.7.1球磨法制備復(fù)合粉末及涂層組織 177
5.7.2霧化造粒法制備復(fù)合粉末及涂層組織 183
5.7.3包覆法制備復(fù)合粉末及涂層組織 186
5.7.4燒結(jié)法制備硬質(zhì)合金粉末及涂層組織 188
參考文獻 193
第6章 冷噴涂層的性能 196
6.1冷噴涂層性能分類 196
6.2冷噴涂 Cu涂層的性能 203
6.2.1冷噴涂 Cu涂層顯微硬度 203
6.2.2冷噴涂 Cu涂層結(jié)合性能 204
6.2.3冷噴涂 Cu涂層導(dǎo)電導(dǎo)熱性能 213
6.2.4冷噴涂 Cu涂層各向異性 213
6.2.5冷噴涂 Cu涂層其他性能 216
6.3冷噴涂 Zn涂層性能 223
6.3.1冷噴涂 Zn涂層硬度 224
6.3.2冷噴涂 Zn涂層結(jié)合性能 225
6.3.3冷噴涂 Zn涂層耐腐蝕性能 227
6.4冷噴涂 Al或 Al合金涂層性能 228
6.4.1冷噴涂 Al或 Al合金涂層硬度 228
6.4.2冷噴涂 Al或 Al合金涂層結(jié)合性能 231
6.4.3冷噴涂 Al基復(fù)合材料涂層耐磨損性能 234
6.4.4冷噴涂 Al或 Al合金涂層耐腐蝕性能 239
6.5冷噴涂 Mg或 Mg合金涂層性能 253
6.5.1冷噴涂 Mg涂層性能 253
6.5.2冷噴涂 Mg合金及其復(fù)合涂層性能 255
6.6冷噴涂 Cu合金涂層性能 258
6.6.1冷噴涂黃銅涂層性能 259
6.6.2冷噴涂青銅涂層性能 262
6.6.3冷噴涂白銅涂層性能 267
6.7冷噴涂不銹鋼涂層性能 268
6.8冷噴涂 Ti及 Ti合金涂層性能 270
6.9冷噴涂高溫合金涂層性能 273
6.10冷噴涂新型金屬材料涂層 277
6.10.1冷噴涂高熵合金 277
6.10.2冷噴涂金屬玻璃 279
6.10.3冷噴涂納米晶金屬 281
6.10.4冷噴涂生物涂層 282
6.10.5冷噴涂新型耐高溫腐蝕/氧化合金 284
6.10.6冷噴涂功能梯度復(fù)合材料 288
參考文獻 289
第7章 冷噴涂層組織與性能改善方法 295
7.1冷噴涂層組織與性能改善方法分類 295
7.2冷噴涂粉末設(shè)計 296
7.3冷噴涂過程中工藝調(diào)整對涂層組織性能的影響 305
7.3.1冷噴涂工藝參數(shù)調(diào)整 305
7.3.2原位噴丸技術(shù) 306
7.3.3原位致密化工藝 309
7.3.4激光輔助冷噴涂工藝 310
7.4后處理對涂層組織性能的影響 311
7.4.1噴涂后熱處理 311
7.4.2直接大電流快速熱處理 317
7.4.3攪拌摩擦加工處理 327
7.4.4熱等靜壓后處理 341
7.4.5熱軋后處理 342
7.4.6表面激光處理 344
7.4.7噴丸后處理 346參考文獻 346
第8章 冷噴涂裝備系統(tǒng) 351
8.1冷噴涂裝備基本組成及分類 351
8.2高壓冷噴涂裝備 354
8.3低壓冷噴涂裝備 362
8.4內(nèi)孔冷噴涂裝備 368
8.5真空冷噴涂裝備 369
8.6其他類型的冷噴涂系統(tǒng)與設(shè)計理念 374
參考文獻 385
第9章 冷噴涂材料的工業(yè)應(yīng)用 390
9.1涂層應(yīng)用 390
9.1.1保護涂層 390
9.1.2功能涂層 391
9.2冷噴涂增材制造 397
9.2.1軸對稱結(jié)構(gòu)零件 398
9.2.2薄壁結(jié)構(gòu)零件 401
9.2.3復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件 402
9.3冷噴涂修復(fù) 403
9.3.1冷噴涂修復(fù)零件過程 403
9.3.2腐蝕和侵蝕性損傷修復(fù) 404
9.3.3機械損傷修復(fù) 407
9.3.4受損金屬板材的修復(fù) 408
9.3.5鑄造件制造缺陷的修復(fù) 409
9.4冷噴涂材料的機械加工 411
9.4.1冷噴涂材料的機械加工特性 411
9.4.2加工過程中的刀具磨損 412
9.4.3冷噴涂材料在機械加工后的組織變化 413
參考文獻 414
第10章 展望與新機遇 418
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