Badania numeryczne tworzenia metodą LPCS powłoki z cyny na podłożu aluminiowym

• Autorzy: Winnicki M. , Małachowska A. , Ambroziak A.

Warianty tytułu

EN

Numerical simulations of Low Pressure Cold Spray method tin coating on aluminum substrate

• Konferencja: IV Sympozjum Naukowe Zakładu Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej "Inżynieria współczesnych procesów spajania", Ciechanów, 19-20.04.2012 r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono możliwość zastosowania obliczeń termodynamicznych oraz numerycznych w procesie niskociśnieniowego natryskiwania na zimno. Badania rozpoczęto od pomiaru natężenia przepływu gazu roboczego na wyjściu z palnika. Następnie w wyniku obliczeń wyznaczono parametry termodynamiczne panujące w różnych częściach dyszy de Lavala. Pozwoliło to wyznaczyć prędkość oraz temperaturę pojedynczej cząstki o średnicy 20 mim na wyjściu z dyszy. Otrzymane wyniki wprowadzono do programu numerycznego, gdzie przeprowadzono obliczenia osadzania sferycznej cząstki stopu cyny Sn97Cu3 na płaskim podłożu aluminiowym. Wyniki zestawiono i porównano dla wszystkich badanych nastaw urządzenia. W celu weryfikacji obliczeń przeprowadzono eksperyment, w którym wykorzystano zadane parametry, dla których naniesiono po jednym ściegu warstwy. Przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego znaleziono pojedynczo osadzone ziarna i porównano je z wynikami numerycznymi pod względem odkształcenia podczas zderzenia z podłożem.

EN

The paper describes a possibility of thermodynamic and numerical computations application in Cold Spray process. The research began with flow rate measurements of working gas by rotameter at the end of the torch. Next by a huge range of calculations thermodynamic parameters in de Laval nozzle were determined. Further calculations gave a possibility to determine velocity and temperature of a single particle 20 mim in diameter. Obtained results were imported to computer program, where numerical computations of spherical tin alloy (Sn97Cu3) particle deposition on flat aluminum substrate were performed. Numerical results were compared for every given parameters. Finally, several experiments were performed, where in each sample of coating one run was made. Scanning electron microscope was used to find one deposited particle in each run which were compared with numerical results in regard to plastic strain during collision with the substrate.

Słowa kluczowe

PL

powłoka cynowa; podłoże aluminiowe; metoda LPCS; badanie numeryczne

EN

TiN coating; aluminum substrate; LPCS method; numerical simulation

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 85, nr 1
• Strony: 17--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il.

Twórcy

autor

Winnicki M.

autor

Małachowska A.

autor

Ambroziak A.

• Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] King P.C., Bae G., Zahiri S.H., Jahedi M., Lee C.: An Experimental and Finite Element Study of Cold Spray Copper Impact onto Two Aluminum Substrates, Journal of Thermal Spray Technology, vol. 19 (3), 2010, s. 620-634.
• [2] Kang K. C., Yoon S. H, Ji Y. G., Lee C.: Oxidation Effects on the Critical Velocity of Pure Al Feedstock Deposition in the Kinetic Spraying Process, Thermal Spray 2007: Giobal Coating Solutions (ASM International), 2007.
• [3] Li C.-J, Li W.-Y., Y.-Y. Wang: Effect of Spray Angle on Deposition Characteristics in Cold Spraying, Thermal Spray 2003: Advancing the Science and Applying the Technology, (ASM International), 2003.
• [4] Ghelichi R., Bagherifard S., Guagliano M., Verani M.: Numerical simulation of cold spray coating, Surface & Coatings Technology, 205, 2011, pp. 5294-5301.
• [5] Li W.-Y., Gao W.: Some aspects on 3D numerical modeling of high velocity impact of particles in cold spraying by explicit finite element analysis, Applied Surface Science, 255, 2009, s. 7878-7892.
• [6] Dykhuizen R.C. and Smith M.F: Gas Dynamic Principles of Cold Spray, Journal of Thermal Spray Technology, vol. 7(2), 1998,5.205-212.
• [7] Staniszewski B.: Termodynamika, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1982.
• [8] Szargut J.: Termodynamika techniczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1991.
• [9] Ning X.-J., Wang Q. -S., Ma Z., and Kim H. -J.: Numerical Study of In-flight Particle Parameters in Low-Pressure Cold Spray Process, Journal of Thermal Spray Technology, vol. 19(6), 2010, s. 1211-1217.
• [10] Li W.-Y., Liao H., Douchy G., Coddet C.: Optimal design of a cold spray nozzle by numerical analysis of particle velocity and experimental validation with 316L stainless steel powder, Materials and Design, vol. 28, 2007, s. 2129-2137.
• [11] Champagne V.K.: The cold spray materials deposition process - Fundamentals and applications: Woodhead Publishing Limited, Cambridge, 2007.
• [12] Tobias Schmidt, Hamid Assadi, Frank Gartner, Horst Richter, Thorsten Stoltenhoff, Heinrich Kreye, Thomas Klassen: From Particle Acceleration to Impact and Bonding in Cold Spraying, Journal of Thermal Spray Technology, vol. 18 (5-6), 2009, s. 794-808.
• [13] Pawlowski L.: Science and engineering of thermal spray coatings, John Wiley & Sons, Chichester, 2008.
• [14] Schmidt T, Gartner R, Assadi H., and Kreye H.: Development of a Generalized Parameter Window for Cold Spray Deposition, Acta Mater. 54, 2006, s. 729-742.
• [15] Fei Q., Tong A., Na C.: Strain rate effect and Johnson-Cook models of lead-free solder alloys, International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging, 2008.