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第1章 绪论1

1.1 技术背景1

1.2 金属喷涂快速成形技术研究应用现状3

1.2.1 快速成形技术的基本原理3

1.2.2 近终喷射成形技术4

1.2.3 等离子喷涂快速成形技术4

1.2.4 电弧喷涂成形技术4

1.3 电弧喷涂快速成形技术发展现状5

1.3.1 快速模具制造5

1.3.2 电弧喷涂快速成形系统7

1.4 电弧喷涂快速成形关键技术8

1.4.1 喷涂材料9

1.4.2 电弧喷涂快速成形工艺12

1.5 研究内容15

第2章 电弧喷涂成形熔滴雾化与沉积18

2.1 引言18

2.2 高速电弧喷涂雾化气体的流场分析19

2.2.1 喷涂气流场的数值建模与求解19

2.2.2 计算结果与分析21

2.3 雾化粒子的飞行行为27

2.3.1 雾化熔滴飞行模型的建立与求解27

2.3.2 计算结果与分析29

2.3.3 电弧喷涂粒子雾化性能的试验31

2.4 高速电弧喷涂弧区动态行为32

2.4.1 弧区动态行为高速摄像试验方法32

2.4.2 喷涂电弧的形成分析33

2.4.3 阴阳极丝材熔化与熔滴过渡行为36

2.5 飞行熔滴沉积与凝固过程的分析37

2.5.1 熔滴沉积模型建立与求解38

2.5.2 计算结果与分析40

2.6 小结49

第3章 涂层形成过程及其瞬态热传输行为51

3.1 引言51

3.2 有限元建模52

3.2.1 控制方程与边界条件52

3.2.2 有限元计算法则54

3.2.3 逐层叠加模型55

3.2.4 随机沉积模型56

3.2.5 实例研究57

3.3 有限元分析结果与讨论59

3.3.1 逐层叠加模型与随机沉积模型之间的比较59

3.3.2 喷枪移动速度对传热的影响63

3.3.3 间歇喷涂模式对传热的影响64

3.4 成形过程中温度变化行为的试验研究65

3.4.1 试验方法65

3.4.2 红外测温结果与分析67

3.5 小结69

第4章 电弧喷涂成形涂层的残余应力71

4.1 引言71

4.2 涂层沉积导致的骤冷应力解析模型72

4.2.1 沉积第一薄层后的应力73

4.2.2 沉积第二薄层后的应力76

4.2.3 沉积第n薄层后的应力78

4.3 涂层冷却导致的热应力80

4.4 总体残余应力81

4.5 考虑相变时的残余应力82

4.6 实例分析83

4.6.1 NiCoCrAlY涂层残余应力分析84

4.6.2 高碳钢涂层残余应力分析88

4.7 轴类涂层零件残余应力的有限元分析92

4.7.1 问题的描述及有限元模型92

4.7.2 涂层温度分布94

4.7.3 残余应力分布95

4.8 小结97

第5章 自动化高速电弧喷涂系统与工艺100

5.1 引言100

5.2 机器人自动化高速电弧喷涂系统的开发101

5.2.1 设计方案101

5.2.2 开发流程102

5.2.3 自动化电弧喷涂系统作业过程104

5.3 喷涂参数的均匀-正交优化设计105

5.3.1 试验方法105

5.3.2 喷涂参数与粒子飞行状态的关系106

5.3.3 喷涂参数与涂层残余应力的关系108

5.3.4 喷涂参数与涂层组织结构的关系109

5.4 喷涂成形路径的优化设计111

5.4.1 喷枪平行移动偏移间距的确定112

5.4.2 典型喷涂路径的优化118

5.5 小结122

第6章 高速电弧喷涂成形典型材料及性能124

6.1 引言124

6.2 热处理对高碳钢喷涂层组织性能的影响125

6.2.1 试验材料与方法125

6.2.2 热处理对涂层显微硬度的影响126

6.2.3 热处理对涂层组织结构的影响127

6.3 高碳钢＋Al复合喷涂层的组织性能134

6.3.1 试验方法135

6.3.2 喷涂后Fe/Al复合涂层的组织结构136

6.3.3 热处理后Fe/Al复合涂层的组织性能139

6.4 小结143

第7章 高速电弧喷涂厚成形试验145

7.1 引言145

7.2 试验材料及方法145

7.3 高碳钢电弧喷涂厚成形146

7.4 电弧喷涂厚成形高碳钢＋Al复合涂层149

7.5 小结151

参考文献152