【摘 要】
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TC18钛合金已成为制造飞机起落架的首选材料,但其在海洋性盐雾环境服役时易遭受腐蚀、磨损等失效破坏。因此,研制飞机起落架高性能表面防护涂层是保障其长寿命服役的关键。本课题首先建立二维HVOF喷涂过程气-固耦合数值模型,获取WC-12Co粉末在喷涂过程中温升及粒子动态飞行特性,为喷枪选型和确定喷涂粉末粒径提供理论依据。在此基础上,建立三维全周期AC-HVAF喷涂流场及多粒子随机撞击微晶基体过程有限元
【基金项目】
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辽宁省自然科学基金项目（2019-ZD-0277）； 辽宁省高等教育创新人才支持计划；
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TC18钛合金已成为制造飞机起落架的首选材料,但其在海洋性盐雾环境服役时易遭受腐蚀、磨损等失效破坏。因此,研制飞机起落架高性能表面防护涂层是保障其长寿命服役的关键。本课题首先建立二维HVOF喷涂过程气-固耦合数值模型,获取WC-12Co粉末在喷涂过程中温升及粒子动态飞行特性,为喷枪选型和确定喷涂粉末粒径提供理论依据。在此基础上,建立三维全周期AC-HVAF喷涂流场及多粒子随机撞击微晶基体过程有限元模型,揭示喷涂气相动力学演变规律、多粒子沉积行为和孔隙形成机理。基于可靠性理论,建立全周期响应面模型,评估喷涂工艺参数灵敏度,确定喷涂优化参数。基于生死单元法建立喷涂涂层生长模型,获取涂层生长过程中温度、应力变化规律。基于优化参数,采用ACHVAF喷涂技术在TC18基体表面制备WC-12Co涂层,并进行相关微观表征实验。主要研究内容如下:（1）建立JP5000型喷枪内外流场,利用Realizable k-ε湍流模型、涡耗散燃烧模型和离散相模型计算喷涂过程气相动力学和粒子行为,揭示HVOF喷涂压力场、温度场、速度场、马赫数、组分浓度的演变规律。得出粒子飞行路径、温度和速度,定量化揭示工艺参数对喷涂行为的影响规律。为飞机起落架喷涂中喷枪选型和确定喷涂粉末粒径提供理论依据。（2）建立AK07型喷枪的稳态、三维、湍流、可压缩流、燃烧流与离散相耦合有限元模型,揭示了AC-HVAF喷涂中流场瞬态变化规律、粒子行为及燃料类型对喷涂的影响。利用BBD法建立粒子特性响应面模型,得出工艺参数对粒子特性的影响规律,并运用Monte-Carlo法计算工艺参数灵敏度。（3）考虑粒子随机位置、随机粒径,建立三维全周期多粒子碰撞沉积TC18微晶有限元模型,揭示了粒子在喷涂沉积过程中温度场、应变场和应力场的演变规律,分析孔隙缺陷形成机制。基于可靠性理论,建立涂层特性响应面模型,分析工艺参数对涂层特性的影响,确定了工艺参数灵敏度,并优化工艺参数。（4）借助Python语言,基于生死单元法建立喷涂热源模型,对TC18上WC-12Co涂层生长过程进行数值分析,揭示涂层生长过程中温度和应力变化规律。（5）基于优化喷涂工艺参数制备防护涂层,对涂层进行了微观表征实验,表明WC-12Co涂层对提高TC18硬度、耐磨性和耐蚀性具有显著效果,验证了所选参数的合理性。
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