低功率AC-HVAF热喷涂的模拟及纯铝涂层的制备

摘要

AC-HVAF喷涂是一种新型的超音速火焰热喷涂技术，涉及复杂的高速可压缩流体动力学问题与流固耦合问题。前期研究往往聚焦高功率的AK-07喷枪，该喷枪适用于制备高熔点涂层，但对于低功率的AK-05喷枪研究较少。本文以AK-05喷枪为研究对象建立了二维模型，然后基于计算流体动力学方法分析了AK-05喷枪的流体速度、流体温度和流体成分分布。此外，本研究还利用离散相模型计算了不同粒径的铝颗粒通过流场时的速度和温度变化，并通过实际铝涂层的制备进行了验证。流体速度与温度模拟结果表明：AK-05喷枪兼具射流速度高与射流温度低的特点；特别是引入辅助燃料氢气将进一步降低射流温度，最大温降可达300 K。流体组分分布模拟结果显示空气中的氧气能够快速侵入射流，这可能导致涂层中的含氧量提高。粒子速度与温度模拟结果暗示小颗粒速度高，过热熔化概率也高；大颗粒则反之。模拟分析与实际铝涂层制备均表明AK-05喷枪适合制备低熔点涂层。

关键词

AC-HVAF喷涂 / AK-05喷枪 / 喷涂流场