第十五届全国表面工程大会

针对Ar/H₂等离子喷涂工艺中射流温度场表征与粒子沉积调控的需求，本研究基于离散相模型（DPM）构建等离子喷涂多物理场耦合数值模型，系统探究射流温度场演化规律及粒子沉积动力学行为。通过实验验证与数值模拟相结合的方法，揭示等离子体射流热力学特性与涂层沉积过程的动态耦合机制。研究采用光学发射光谱（OSE）双线比例法诊断等离子体轴向温度分布，实验测得400 A与500A电流下喷嘴出口处射流温度分别为5334.39 K和6510.2 K，并通过红外测温技术实时监测基体温度分布。数值模型创新引入气体-颗粒双向耦合算法，建立涵盖Rosin-Rammler粒径分布、壁面薄膜沉积及随机库恩克碰撞模型的DPM全流程计算体系。模拟结果表明，射流核心区温度场模拟误差控制在12%以内，YSZ粒子最高速度达181 m/s，熔融温度达3761 K；移动喷涂工况下基体表面最高温度累积5 s后可达772.2 K，与实验测量结果偏差在10%以内。

等离子喷涂,计算流体力学模拟,离散相模型,光谱诊断,粒子沉积动力学