Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu Độ rỗng trong Alumina Phun Plasma thông qua Mô phỏng Ba chiều Đổi mới về Sự Tích tụ của Lớp Phủ
Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science - Tập 39 - Trang 2711-2724 - 2008
Tóm tắt
Độ rỗng là một đặc điểm then chốt trong cấu trúc vi mô của lớp phủ được phun nhiệt. Trong các lớp phủ gốm, độ rỗng được hình thành từ các lỗ rỗng và vết nứt có hình dạng, kích thước và phương hướng khác nhau. Các vết nứt có thể là nội lamella hoặc ngoại lamella do sự tích tụ của lớp phủ, dẫn đến sự chồng chất các lamella từ tác động va chạm và sự đông đặc nhanh chóng thêm của các giọt lỏng. Các lỗ rỗng liên kết với các vết nứt, tạo ra một mạng lưới độ rỗng ba chiều (3-D). Việc quan sát trực tiếp mạng lưới này là một nhiệm vụ phức tạp và các nỗ lực hiện tại vẫn còn một số hạn chế. Do đó, một mô phỏng 3-D của mạng lưới này đã được phát triển trong công trình này, dựa trên một phương pháp ngẫu nhiên để xây dựng các lamella mô phỏng trong cấu trúc vi mô được phun. Một thư viện các đối tượng toán học đã được thực hiện từ các phép đo hình thái, sử dụng kính hiển vi huỳnh quang của các lamella phẳng thực sự và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Phương pháp ngẫu nhiên này để mô phỏng hàng trăm lamella còn liên quan đến sự phân bố ngẫu nhiên của các vết nứt và lỗ rỗng. Các tham số phù hợp trong mô phỏng được lựa chọn dựa vào các đặc điểm tổng thể của độ rỗng (tức là, hàm lượng, phương hướng, kích thước, v.v.) được xác định từ phân tích hình ảnh định lượng kỹ lưỡng (QIA) của các lớp phủ alumina được phun bằng plasma cắt lát. Hai chế độ plasma khác nhau đã được áp dụng để thay đổi môi trường trong buồng phun plasma có điều khiển (CAPS), nhằm tạo ra các cấu trúc vi mô của hai lớp phủ alumina khác nhau. Công cụ mô hình hóa ngẫu nhiên 3-D cho phép xử lý một khối lượng vật liệu kỹ thuật số thông qua một hình ảnh nhị phân 3-D mô phỏng của một vật liệu hợp chất hai pha. Sử dụng một kết quả hình ảnh 3-D từ mô phỏng, tính toán phần tử hữu hạn (FE) đã được thực hiện, nhằm nghiên cứu các thuộc tính điện môi tổng thể của alumina phun plasma như một chức năng của độ rỗng. Ảnh hưởng của độ dị hướng được thảo luận, đặc biệt, và các giá trị đã dự đoán như phân tích và số học được so sánh với giá trị thực nghiệm. Sự hiện diện của các khuyết tật liên quan đến cả hai lớp phủ kỹ thuật số cũng được thảo luận.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
P. Bengtsson, T. Johannesson: J. Therm. Spray Technol., 1995, vol. 4, pp. 245–51
S. Ahmaniemi, M. Vippola, P. Vuoristo, T. Mäntylä, F. Cernuschi, L. Lutterotti: J. Eur. Ceram. Soc., 2004, vol. 24, pp. 2247–58
G. Antou, G. Montavon, F. Hlawka, A. Cornet, C. Coddet, F. Machi: J. Eur. Ceram. Soc., 2006, vol. 26, pp. 3583–97
D. Jadhav, N.P. Padture, E.H. Jordan, M. Gell, P. Miranzo, E.R. Fuller: Acta Mater., 2006, vol. 54, pp. 3343–49
N. Markocsan, P. Nylen, J. Wigren, X.H. Li: J. Therm. Spray Technol., 2007, vol. 16, pp. 498–505
S. Kuroda, T. Dendo, S. Kitahara: J. Therm. Spray Technol., 1995, vol. 4, pp. 75–84
S.H. Leigh, C.C. Berndt: J. Am. Ceram. Soc., 1999, vol. 82, pp. 17–21
J. Li, A. Ohmori: J. Therm. Spray Technol., 2002, vol. 11, pp. 365–74
A. Kulkarni, Z. Wang, T. Nakamura, S. Sampath, A. Goland, H. Herman, J. Allen, J. Ilavsky, G. Long, J. Frahm, R.W. Steinbrech: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 2457–75
S. Deshpande, A. Kulkarni, S. Sampath, H. Herman: Surf. Coat. Technol., 2004, vol. 187, pp. 6–16
P. Ctibor, R. Lechnerova, V. Benes: Mater. Charact., 2006, vol. 56, pp. 297–304
G. Antou, G. Montavon, F. Hlawka, A. Cornet, C. Coddet: J. Therm. Spray Technol., 2006, vol. 15, pp. 765–72
I. Sevostianov, and M. Kachanov: Mater. Sci. Eng., A, 2001, vol. 297, pp. 235–43
T. Nakamura, G. Qian, C.C. Berndt: J. Am. Ceram. Soc., 2000, vol. 83, pp. 578–84
P. Michlik, C. Berndt: Surf. Coat. Technol., 2006, vol.201, pp. 2369–80
Y. Tan, J.P. Longtin, S. Sampath: J. Therm. Spray Technol., 2006, vol. 15, pp. 545–52
H. Hsueh, J.A. Haynes, M.J. Lance, P.F. Becher, M.K. Ferber, E.R. Fuller, S.A. Langer, W.C. Carter, W.R. Cannon: J. Am. Ceram. Soc., 1999, vol. 82, pp. 1073–75
Z. Wang, A. Kulkarni, S. Deshpande, T. Nakamura, H. Herman: Acta Mater., 2003, vol. 51, pp. 5319–34
G. Bolelli, V. Cannillo, L. Lusvarghi, T. Manfredini: Surf. Coat. Technol., 2006, vol. 201, pp. 458–73
V. Cannillo, T. Manfredini, M. Montorsi, C. Siligardi, A. Sola: J. Am. Ceram. Soc., 2006, vol. 26, pp. 3067–73
R. Ghafouri-Azar, J. Mostaghimi, S. Chandra: Comput. Mater. Sci., 2006, vol. 35, pp. 13–26
E. Lugscheider, K. Bobzin, and R. Nickel: J. Therm. Spray Technol., 2006, vol. 15, pp. 537–44
P. Ctibor, P. Hofman, P. Chraska, R. Lechnerova, V. Benes: Proc. Thermal Spray 2007: Global Coating Solutions, ASM INTERNATIONAL, Materials Park, OH, 2007, pp. 878–83
P. Spanne, K.W. Jones, H. Herman, W.L. Riggs: J. Therm. Spray Technol., 1993, vol. 2, pp. 121–25
J. Ilavsky, G.G. Long, A.J. Allen, C.C. Berndt: Mater. Sci. Eng., A, 1999, vol. 272, pp. 215–21
A. Kulkarni, J. Gutleber, S. Sampath, A. Goland, W.B. Lindquist, H. Herman, A.J. Allen, B. Dowd: Mater. Sci. Eng., A, 2004, vol. 369, pp. 124–37
A Kulkarni, A. Goland, H. Herman, A.J. Allen, J. Ilavsky, G.G. Long, F. DeCarlo: J. Therm. Spray Technol., 2005, vol. 14, pp. 239–50
O. Amsellem, K. Madi, F. Borit, V. Guipont, M. Jeandin, D. Jeulin, F. Pauchet, and E. Boller: J. Mater. Sci., 2008, vol. 43, pp. 4091–98
J. Madejski: Int. J. Heat Mass Transfer, 1976, vol. 19, pp. 1009–13
M. Bertagnolli, M. Marchese, G. Jacucci, I. StDoltsinis, S. Noelting: J. Comput. Phys., 1997, vol. 133, pp. 205–21
J. Mostaghimi, M. Pasandideh-Fard, S. Chandra: Plasma Chem. Plasma Process., 2002, vol. 22, pp. 59–84
M. Pasandideh-Fard, V. Pershin, S. Chandra, J. Mostaghimi, J. Therm. Spray Technol., vol. 11, 2002, pp. 206–17
M. Xue, Y. Heichal, S. Chandra, J. Mostaghimi: J. Mater. Sci., 2007, vol. 42, pp. 9–18
H.B. Parizi, L. Rosenzweig, J. Mostaghimi, S. Chandra, T. Coyle, H. Salimi, L. Pershin, A. McDonald, C. Moreau: J. Therm. Spray Technol., 2007, vol. 16, pp. 713–21
O. Knotek, R. Elsing: Surf. Coat. Technol., 1987, vol. 32, pp. 261–71
S. Cirolini, J.H. Harding, G. Jacucci: Surf. Coat. Technol., 1991, vol. 48, pp. 137–45
J.H. Harding, P.A. Mulheran, S. Cirolini, M. Marchese, G. Jacucci: J. Therm. Spray Technol., 1995, vol. 4, pp. 34–40
T. Steinke and M. Baker: Thermal Spray 2006: Building on 100 Years of Success, ASM INTERNATIONAL, Materials Park, OH, 2006, p. 6
E. Cochelin, F. Borit, G. Frot, M. Jeandin, L. Decker, D. Jeulin, B. Altaweel, V. Michaud, and P. Noel: J. Therm. Spray Technol., 1999, vol. 8, pp. 117–24
R. Ghafouri-Azar, J. Mostaghimi, S. Chandra, M. Charmchi: J. Therm. Spray Technol., 2003, vol. 12, pp. 53–69
M. Xue, J. Mostaghimi, S. Chandra: Proc. Thermal 2004: Thermal Spray Solutions—Advances in Technology and Application, ASM INTERNATIONAL, Materials Park, OH, 2004, pp. 776–81
H. Wei, H.B. Xiong, L.L. Zheng, H. Zhang: Proc. Thermal 2004: Thermal Spray Solutions—Advances in Technology and Application, ASM INTERNATIONAL, Materials Park, OH, 2004, pp. 707–16
O. Zhang, B.Y. Hu, G.X. Wang: Thermal Spray 2007: Global Coating Solutions, ASM INTERNATIONAL, Materials Park, OH, 2007, pp. 254–59
L. Pawlowski: Surf. Coat. Technol., 1988, vol. 35, pp. 285–98
C. Friedrich, R. Gadow, A. Killinger: Proc. United Thermal Spray Conf. Expos. UTSC ‘’99, DVS Verlag GmbH, Dusseldorf, Germany, 1999, pp. 676–82
E. Rajamaki, T. Varis, A. Kulkarni, J. Gutleber, A. Vaidya, M. Karadge, S. Sampath, H. Herman: Proc. Int. Thermal Spray Conf. ITSC2002, DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf, Germany, 2002, pp. 622–26
S. Beauvais, V. Guipont, M. Jeandin, D. Juve, D. Treheux, A. Robisson, R. Saenger: J. Electroceram., 2005, vol. 15, pp. 65–74
S. Beauvais, V. Guipont, F. Borit, M. Jeandin, M. Español, K.A. Khor, A. Robisson, R. Saenger: Surf. Coat. Technol., 2004, vol. 183, p. 204–11
K.A. Roberts, T.W. Clyne: Surf. Coat. Technol., 1990, vol. 41, pp. 103–15
C. Moreau, P. Gougeon, M. Lamontagne: J. Therm. Spray Technol., 1995, vol. 4, pp. 25–33
Z.G. Feng, M. Domaszewski, G. Montavon, and C. Coddet: J. Therm. Spray Technol., 2002, vol. 11, pp. 62–68
T. Kanit, S. Forest, I. Galliet, V. Mounoury, D. Jeulin: Int. J. Solids Struct., 2003, vol. 40, pp. 3647–79
K.F. Young and H.P.R. Frederikse: J. Phys. Chem., 1973, ref. data 2, p. 313
R.C. Weast: Handbook of Chemistry and Physics, 1st student ed., CRC Press, New York, NY, 1987, p. E-48
O. Weiner: Phys. Säch Weiss, 1912, vol. 32, pp. 509–604
O. Amsellem, K. Madi, F. Borit, D. Jeulin, V. Guipont, M. Jeandin, E. Boller, and F. Pauchet: Proc. Int. Thermal Spray Conf. and Exhib. (ITSC2008), DVS, Düsseldorf, Germany, 2008, pp. 996–1002
A. Ohmori, C.J. Li: Thin Solid Films, 1991, vol. 201, pp. 241–52