Модель первая, чтобы соединить точки между скоростью воздействия частицы, энергетическим преобразованием и повышением температуры в зоне воздействия частицы, в трех измерениях.CGDS уже используется экстенсивно, чтобы произвести или восстановить металлические детали для больших пассажирских авиалайнеров, а также мобильную технологию и военную технику.В процессе, носик де Лаваля распыляет металлические частицы размера микрона по короткому расстоянию, как правило 25 мм, в поверхности металла или полимера. Частицы влияют на поверхность на скоростях в пределах от 300 метров в секунду к 800 метрам в секунду.
Как система взглядов, скорость звука составляет 343 метра в секунду.CGDS имеет лучший диапазон температур всех промышленных процессов распыления в использовании сегодня и сохраняет энергию, потому что никакое нагревание не добавлено.Производственная тайна
Тайна начинается в заводском цехе, как бы то ни было. Если у Вас есть медная частица на 5 микронов, как быстро она должна прибыть в зону смещения на алюминии, если Вы не использовали эту комбинацию прежде? Или Вы выбираете новый металл для частиц и новый металл для поверхности: как Вы даже начинаете предполагать, каким размером частицы должны быть, и в том, какая скорость они должны повлиять на поверхность, чтобы дать Вам хорошо-покрытие-со-связующим?Следите, покрытие со связующим CGDS должно прибыть без испарения, кристаллизации, остаточных усилий или других тепловых убытков – некоторые большие причины, CGDS используется во-первых.
Эти вопросы могут иметь огромные финансовые последствия для станков в заводском цехе.Физика все ещеПочему частицы металла связей CGDS на поверхность основания бросили вызов пониманию начиная с его изобретения в 1980-х вооруженными силами, говорит Джен, профессор в Отделе Науки Машиностроения в Университете Йоханнесбурга.
«Сначала, вооруженные силы использовали CGDS, чтобы не восстановить запасные части посреди нигде. Тогда другие отрасли промышленности поняли, что Вы можете использовать его на очень хрупких поверхностях также.
Вы можете создать новую поверхность только несколько микронов толщиной, хранящуюся на таможенных складах, или продолжать распылять, пока у Вас нет 10-миллиметрового покрытия. Как только Вы заполнили трещины или отверстия, Вы можете машина часть, чтобы иметь ее точные размеры снова, потому что покрытие со связующим GDS может быть более твердым, чем титан или ванадий, из которого сделана часть».Покрытие CGDS может быть этим трудно из-за сжимающих усилий, созданных, когда частицы влияют на поверхность.
Усилия увеличивают металлическую жизнь усталости, говорит он. Это подобно тому, что происходит в наклепе выстрела, производственном процессе, подобном CGDS, но использованию «шары» несколько миллиметров в диаметре, чтобы повлиять на поверхность.«CGDS используется для очень дорогостоящего изготовления и ремонта, но нет никакой всесторонней, реалистической модели, описывающей физику всего процесса», говорит Джен.3D с плесканием
В CGDS инженеры говорят приблизительно две зоны. Первой является зона полета между форсункой и поверхностью, которая будет распыляться.
Эта зона была смоделирована Джен в статье исследования 2005 года в Международном журнале Теплопередачи и Перемещения массы.Вторая зона – зона смещения, где распыляемые статьи влияют на поверхность. Новая 3D модель описывает эту зону.
Предыдущие две размерных модели попытались решить загадку вокруг соединения CGDS, но у них есть серьезное ограничение. Когда Вы расширяете 2D модель на 3D, Вы заканчиваете с ‘горизонтальным цилиндром’, спускающимся к распыляемой поверхности.
«К сожалению, спускающийся цилиндр не может смоделировать достаточно реалистично, что происходит с дискретными шарообразными частицами, ‘плещущимися’ вниз в поверхности основания», говорит Джен.Как промышленность знает, скорость (скорость), частица достигает основания, очень важна.
Слишком медленный, и это просто подпрыгнет прочь. Слишком быстро, и это может пройти как пуля посредством тонкого основания.
Новая модель оживляет в 3D единственную сферическую частицу, ‘падающую’ в металл основания. Основание ‘плещется’, и затем связь основания и частица.
Основание ‘плескание’ похоже на молоко, плещущееся, когда что-то попадает в миску кошки. Это называют, перевозя на самолете поведение в промышленности», говорит Джен.
Холодный металл, повышение температурыМодель использует несколько параметров, описывающих природу частицы и поверхности: плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость, точка плавления, упругий модуль, отношение Пуассона, пластичность Johnson-повара и повреждение Johnson-повара.Это первое, чтобы предсказать в 3D, как средняя температура зоны воздействия частицы повысится и спадет, в зависимости от размера и повлияет на скорость частицы.
Модель была издана в Журнале Тепловой Технологии Брызг.Просто достаточно быстро, чтобы таять«Для этой 3D модели мы пошли с гипотезой, что металлическая частица должна сцепиться с основанием в 60% его температуры плавления, чтобы создать сильную новую поверхность, не повреждая основание», говорит профессор Джен.Как пример, у меди (медь) есть температура плавления 1 083 градусов Цельсия, и 60% из этого составляют 650 градусов Цельсия.
Таким образом, в гипотезе говорится, что медная частица на 5 микронов, влияющая на алюминиевую поверхность основания, должна будет быть достаточно быстрой так, чтобы средняя температура зоны воздействия подошла по крайней мере к 650 Celcius, и не намного больше, для хорошего соединения, чтобы произойти. Согласно модели, что критический скоростной диапазон воздействия между 700 и 800 метрами в секунду.Сверхзвуковое энергетическое преобразование
Когда медная частица едет на сверхзвуковой скорости и поражает алюминиевую поверхность, ее движущаяся (кинетическая) энергия преобразована в тепло (тепловая) энергия, говорит профессор Джен. Это зависит от скорости в момент удара частицы.«Тепло делает частицу и зону воздействия ‘мягкими и липкими’, подобный плавленому сыру. Частица изменяется в ‘мягкую каплю’, которая заполняет ‘кратер воздействия’ в поверхности основания.
В то же время трение развивается между каплей и поверхностью кратера, которая очень важна для термокомпрессии», говорит он.«Трение ‘захватывает’ каплю, и это снижается в поверхность основания. Поскольку капля опускается, литое основание вокруг частицы ‘всплески’ в типичном поведении гидромеханизации.
Когда гидромеханизация успокаивается, связь между частицей и поверхностью закончена», говорит Джен.Модель против реального мираМодель, хотя ограничено, держит в результатах эксперимента с медными частицами, распыляемыми на алюминиевую поверхность.«Когда скорость воздействия в диапазоне, предсказанном моделью для размера частицы, достаточная температура соединения достигнута, и создано прочное покрытие CGDS.
Как пример, мы настраиваем наше оборудование CGDS в лаборатории для медных частиц со средним размером 5 микронов, которые несет азот, и влияем на скорость в диапазоне 700 – 800 метров, в секунду депонированных вниз на алюминии.«Модель предсказывает, что на уровне приблизительно 750 метров в секунду влияют на скорость, критическая температура соединения 650 градусов Цельсия будет достигнута в зоне воздействия частицы. В соответствии с тем предсказанием, мы получили превосходные покрытия со связующим CGDS», говорит он.«Однако, как также предсказано моделью, мы нашли с нашей лабораторной установкой, что, когда скорость воздействия частицы не в критическом диапазоне, недостаточная температура соединения достигнута.
Это может привести к бедному поверхностному покрытию с ослабленными порошками и пересматривающий поверхность, которые не соответствуют производственным стандартам качества», говорит Джен.Великая проблема остаетсяЕдинственный слой единственной частицы 3D модель будет расширен в мультичастицу, многослойную модель в последующих проектах.
Говорит Джен: «Эта 3D модель первая, чтобы описать, как температура зоны воздействия влияет на смещение частицы. Однако реалистично моделирование зоны смещения в CGDS остается великой проблемой решить.
В реальных условиях частицы не имеют однородного размера или формы и путешествия в различных скоростях и углах. Таким образом, более полная модель должна будет приспособить диапазоны или распределения, всех этих параметров».