Modelowanie numeryczne wybranych zagadnień natryskiwania cieplnego

Tomasz Chmielewski

Metody natryskiwania termicznego są jednymi z najbardziej uniwersalnych technik nanoszenia materiałów powłokowych na materiał podłoża. Umożliwiają one wytwarzanie warstw metalicznych, ceramicznych, jak i kompozytowych, zarówno na podłożach metalicznych, jak i ceramicznych. Niekorzystny stan naprężeń własnych zarówno w powłoce, jak też na granicy powłoki i podłoża, może mieć decydujący wpływ na trwałość eksploatacyjną wytwarzanych powłok i warstw. Ocena stanu naprężeń w natryskiwanych powłokach i wytwarzanych warstwach prowadzona jest metodami analitycznymi, eksperymentalnymi oraz z wykorzystaniem analiz numerycznych. W monografii omówiono założenia do budowy modelu komputerowego układu powłoka metalowa-podłoże ceramiczne pod kątem analizy naprężeń powstałych w procesie natryskiwania termicznego powłok. Na ich podstawie zbudowano model komputerowy (oparty na metodzie elementów skończonych) w celu analizy i prognozowania naprężeń w otrzymywanych powłokach. Zamieszczono także wyniki wpływu prędkości uderzenia cząstki oraz rodzaju materiału powłokowego (Cu, Ti) i podłoża (ceramika Al2O3, żelazo) na deformację cząstki, rozkład pola temperatury oraz pola naprężeń w analizie obejmującej fazę tworzenia się powłoki. Określono wpływ ilości zastosowanych podwarstw, z których składa się powłoka, na wielkość i rozkład naprężeń własnych w powłoce po jej utworzeniu i ochłodzeniu do temperatury otoczenia. Zbudowane modele komputerowe weryfikowano poprzez pomiary wygięcia próbek po procesie natryskiwania termicznego oraz analityczne obliczenia naprężeń w powłokach na podstawie ich krzywizny wygięcia.

Numerical Modeling of Selected Thermal Spraying Issues

Tomasz Chmielewski, Dariusz Golański

Thermal spraying is one of the most universal techniques for depositing feedstock materials on a substrate. It allows the production of metallic, ceramic, and composite coatings on both metallic and ceramic substrates. Spray deposition involves ejecting heated or cold particles of feedstock material at high velocity toward the substrate. In the final stage of the process, the substrate and the formed coating are cooled to ambient temperature, resulting in residual stresses due to differences in the thermal, physical, and mechanical properties of the feedstock materials and the substrate. The residual stress state of the coating and substrate has a significant effect on their strength, thermal shock resistance, and fatigue life under cyclically varying thermal loads.