単一溶射粒子の変形・急冷凝固過程の伝熱モデリングとその場計測

单个喷涂颗粒变形和快速凝固过程的传热建模和原位测量

基本信息

批准号：
06230206
负责人：
吉田豊信
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06230206/
关键词：
単一溶射粒子その場計測二色高温計ハイブリッドプラズマ

项目摘要

100kW級ハイブリッドプラズマ溶射装置に単一容射粒子の変形・凝固挙動を系統的に調べるために開発した計測システムで、粒子の速度、粒径、特に基板衝突解きの表面温度変化を測定する。測定原理は、基板直上と基板表面を視野に入れた2つの光ファイバーにより粒子の放射光を取り込み、基板表面では粒子の温度を測定するため、放射光を2つの波長に分光する。これを光電子増倍管により電気信号に変換・増幅し、最高時間分解能10nsのデジタルオシロスコープにより高速サンプリングを行ない、その強度の時間変化や強度比などから飛行中の粒子の速度及び粒径、変形・凝固過程の粒子の表面温度変化などの粒子パラメータを求める。ハイブリッドプラズマ中の粒径63〜88μmのYSZ(Y_2O_3安定化ZrO_2)粒子の速度分布を調べて、DC電流を200Aから400Aまで変化させた時の平均粒子速度を測定した。RF入力が低い場合はDC入力依存性が大きく25m/sから40m/sと変化した。これに対しRF入力が高い場合はDC電流にほとんど依存せず25m/s前後であった。また基板衝突時の粒子の変形・凝固時間を求め、変形時間は1〜3μs凝固時間は100〜400μsとなっており、変形過程は凝固過程に比べて遙かに短時間で完了していることが言える。2波長(λ_1=500nm,λ_2=700nm)の強度比から求めた温度変化から、凝固過程ではYSZの融点である3000Kでほぼ一定になっており、冷却速度は約10^6K/sであった。凝固時間は従来言われていた値よりも長く、冷却速度も小さいことが分かった。平成7年度は、粒子パラメータの相関関係及び変形・凝固に対する基板の材質や表面形状、基板温度の影響を系統的に調べていく予定である。

开发了该测量系统是为了系统地研究100kW类杂交血浆喷涂装置中单体积颗粒的变形和固化行为，并测量粒子速度，粒径，尤其是在底物影响溶解过程中的表面温度变化。测量原理涉及将颗粒的辐射通过两个光纤辐射，直接在基板上方和视野中，并且在基板的表面上，将辐射谱分为两个波长，以测量颗粒的温度。这是通过光电层管对此转换和放大的，并使用具有最大时间分辨率的数字示波器进行高速抽样，以及粒子参数，例如飞行中颗粒的速度和粒径等粒子参数，以及时间的变化，基于变形和固体过程中粒子的强度和颗粒表面的变化，它们是基于变形和固体范围的强度和固定范围。检查了杂交等离子体中粒度为63-88μm的YSZ（Y_2O_3稳定ZRO_2）颗粒的速度分布，当DC电流从200A到400A变化时，测量了杂化等离子体中粒径为63-88μm，并测量了平均粒子速度。当RF输入较低时，直流输入依赖性从25m/s显着变为40m/s。另一方面，当RF输入很高时，几乎取决于直流电流，约为25m/s。此外，确定底物碰撞过程中颗粒的变形和固化时间，并且变形时间为1至3μs，凝固时间为100至400μs，可以说这在比固化过程中要短得多。从两个波长的强度比（λ_1= 500nm，λ_2= 700nm）确定的温度变化中，固化过程使其在3000k时几乎恒定，YSZ的熔点和冷却速率约为10^6K/s。发现凝固时间比前面提到的更长，并且冷却速率也更小。 1995年，我们计划系统地研究底物材料，表面形状和底物温度对粒子参数相关性以及变形和凝固的影响。