喷嘴喷射角度对哈氏合金X高温合金粉末冷喷涂工艺流动特性的影响
哈氏合金X具有优异的高温强度和抗氧化性，使其适用于核反应堆、喷气发动机和燃气轮机等应用。传统的喷涂工艺会在哈氏合金X涂层中引入热应力、相变和氧化。冷喷涂是一种固态喷涂技术，能够在保持合金原始微观结构的同时，沉积致密、无氧化物的涂层。本数值研究探讨了不同粉末喷射角度（0°、30°、60°和90°）对哈氏合金X高温合金粉末冷喷涂工艺的影响。我们利用计算流体动力学（CFD）分析了颗粒速度和流动特性，以确定最佳喷射角度。所选用的湍流模型k-ω SST能够有效地表征湍流，因此适用于阐明气固相互作用的动力学过程。研究观察到了包括马赫菱形和冲击波在内的复杂流动结构，这些结构产生了交变的压力场和速度场，显著影响了颗粒的动量传递。在所有工况中，30°喷射角实现了最高的颗粒速度和最集中的颗粒流，从而实现了更高效的夹带和混合。此外，该喷射角还展现出最集中的颗粒流。使用Accuraspray CS进行的实验验证记录了30°粉末喷射角下的飞行颗粒速度为710±20 m/s，与CFD预测的765 m/s吻合良好。沉积涂层的微观结构分析表明，形成了致密的哈氏合金X层，其孔隙率低（0.70%±0.02%），沉积效率高（92%）。这些结果表明，在镍基高温合金冷喷涂中，优化喷射角对于获得优异的颗粒加速和涂层质量至关重要。
原文发表于《热喷涂技术杂志》（2026年1月8日）
作者：Sukhwinder Singh、Lopamudra Palodhi 和 Harpreet Singh
