專利名稱：涂層厚度的模擬方法
涂層厚度的模擬方法本發(fā)明涉及一種用于模擬被置于(例如，噴涂于)基材表面上的涂層的厚度的方法。在US 6，256，597B1中，披露了一種用于機器人噴槍組合件(robotic spray gun assembly)的噴涂模擬方法，該方法引入目標幾何的離散模型。模擬器引入機器人運動文件和以數(shù)值形式表征的噴涂圖案文件，該機器人運動文件包含限定所述噴槍的運動路徑的多個運動位置、停留時間和方向。讀取運動文件中的獨立運動位置，并確定在各運動位置處， 目標幾何的哪些部分是可見的?；趯τ诟鬟\動位置所指定的噴涂圖案數(shù)據(jù)(機器人運動路徑的停留時間和方向)，計算目標幾何的各可見部分處的涂層厚度。最后計算目標幾何上的總涂層厚度。熱噴涂的理論研究將噴涂工序分為一些子工序，這些子工序本身足夠復雜并主要采用不同的數(shù)值方法進行模擬。通過在計算流體動力學框架中應用有限元方法，求出了具有熔融粉末顆粒的等離子體射流或火焰射流的質量和熱相互作用的方程的數(shù)值解。 需要考慮到并在熱力學框架中模擬出從等離子體射流和粉末顆粒到基材的熱傳導(參見 Hurevich V， Gusarov A， Smurov I， Simulation of coating profile under plasma spraying conditions, Saint Etienne / France，httn://yww.enise. fr/commun/la recherche/DIPI/recherche2/AxeRecherche/Simulationnumerique/plasmaspr/coating profile, pdf)?；谋砻嫔闲纬蓡我坏拈L條的熱-機械問題、整個涂層的構建、其與基材的粘結及附著，也需要復雜的數(shù)值分析。由于所提到的問題的數(shù)值復雜性，需要考慮大量的初始參數(shù)。迄今為止，就涂布工藝而言，還有沒有規(guī)模完整的、自洽的理論模擬模型。已知有兩個模型給出了模擬不同生產(chǎn)條件下所得到的涂層性能的完全的可能性，這兩個模型分別由Alstom和GE獨立開發(fā)(參見US6, 256，597B1和“Numerical Calculation of the Process Parameters, which Optimise the Gas Turbine Blade Coating Process by Thermal Spraying, for given Spray Paths, Dr Martin Balliel, COST 526-Proj ect CH2 Final Report (ALSTOM) ") 在這些模型的框架中，有可能模擬所得涂層的厚度。這些模型使用數(shù)據(jù)表，所述數(shù)據(jù)表包含在一些工藝參數(shù)范圍內進行的試驗中所獲得的噴涂輪廓或靜態(tài)噴涂點的試驗結果。對于這些數(shù)據(jù)的進一步逼近和外推用于對工藝參數(shù)不同的噴涂工序進行模擬。這種逼近有一些缺點。它需要大量的試驗以獲得所需的精度(龐大的數(shù)據(jù)輸入)。在逼近參數(shù)范圍以外它不能被安全使用(參數(shù)范圍有限)。 如果工藝參數(shù)發(fā)生一些甚至很小的改變，所有的相關系數(shù)都需要重新計算和/或測試試驗需要重復進行(可轉換性差)。此外，不能準確描述對于模擬精度特征的一些重要特征，例如，噴涂輪廓相對于運動方向的不對稱性和噴涂角度的變化。本發(fā)明的一個目的是提供一種用于模擬被置于基材表面上的涂層的厚度的有利方法。通過如權利要求1所要求保護的用于模擬被置于基材表面上的涂層的厚度的方法實現(xiàn)了該目的。從屬權利要求限定了本發(fā)明的進一步的研究成果。
在本發(fā)明的用于模擬被置于基材表面上的涂層的厚度的方法中，使用質量守恒定律對厚度進行模擬。尤其是，可以使用質量守恒定律對厚度分布進行模擬。優(yōu)選地，涂層可被噴涂在基材表面上。可以創(chuàng)建一種單獨的單噴輪廓的涂層沉積的物理模型，并可以設置模擬參數(shù)。使用質量守恒定律可以獲得關于噴涂點和噴涂輪廓的厚度方程。可以進行實驗性的試驗以獲得用于具體噴涂工序的輸入模擬參數(shù)。可以采用標稱參數(shù)進行關于水平、垂直和用于確認的傾斜輪廓的噴涂的測試程序。在該參比測試中，可以獲得采用標稱工藝參數(shù)噴涂的參比輪廓中的涂層厚度分布的參數(shù)?；跓釃娡康奈锢砟M模型，可以將該參數(shù)輸入到所述單獨的噴涂輪廓的厚度分布的模型公式中。該公式描述了依賴于工藝參數(shù)變化的所述單獨的噴涂輪廓的半高斯厚度分布?？梢栽谏虡I(yè)的機器人模擬軟件(例如，來自Siemens PLM的 Robcad)實施該公式。所得的用于機器人路徑的厚度分布代表單獨的噴涂輪廓的厚度的疊加。該模擬軟件可以計算單獨的噴涂輪廓并執(zhí)行所述厚度的疊加。本發(fā)明克服了上述缺點并提供了基于沉積材料的質量守恒的魯棒性的模擬材料構造物(buildup)的方法。本發(fā)明的方法改善了 PC上的涂層機器人路徑的設計和可視化， 并避免了對于條件分量(qualification components)的混亂(cut up)。本發(fā)明的涂層模擬使得能夠先驗地研究所得到的涂層厚度分布。這使得無需額外的實驗性試驗(booth trial)和金相檢查即可改善所述機器人路徑，并能夠進行半虛擬生產(chǎn)?？梢詫⑼繉訃娡康饺細鉁u輪機部件上，例如，噴涂到渦輪槳片(turbine blade)和 /或渦輪葉片(turbine vane)上。可以使用熱噴涂涂層沉積將涂層噴涂到表面上。尤其是，可以將質量守恒定律應用到粉末射流沉積，以用于材料構造物的模擬模型。這使得能夠獲得一種例如用于熱噴涂涂層沉積工藝的規(guī)模完整、自洽并可轉換的物理模擬模型。一般來說，可以采用大氣等離子體噴涂(APS)、高速氧燃料噴涂(HVOF)JS 壓等離子體噴涂(LPPS)、熱噴涂涂層沉積、激光熔覆、絲材電弧噴涂、冷噴涂、傳感器沉積 (sensor deposition)或普通刷涂(generic painting)來對基材表面進行涂覆。有利的是，可以將進入的粉末射流模擬為隨著與噴嘴間的距離的增加而擴大的圓錐形的扇狀。此外，在從噴嘴向著基材表面加速的粉末射流內，可以使用質量守恒定律來模擬厚度。所述粉末射流可以是熔融粉末射流。本發(fā)明的方法可以包括以下步驟可以進行至少一次參比噴涂試驗?？梢源_定單獨的噴涂輪廓與至少一個噴涂工藝參數(shù)(優(yōu)選與標稱工藝參數(shù)組)的相關性?？梢垣@得基于質量守恒定律的關于單獨的噴涂輪廓中的厚度分布的模型公式，該分布取決于噴涂參數(shù)的變化。所述單獨的噴涂輪廓為噴槍線性運動的結果。它代表了典型的涂覆方案的構建塊。所得到的厚度分布可導致使用噴槍施用到具有確定的幾何形狀的基材表面的所述單獨的噴涂輪廓的疊加。有利的是，可以確定單噴輪廓與至少一個沉積變量的相關性。模型方程(其考慮到沉積變量，如噴槍角度、距離、速度、粉末進料速率、噴涂效率等)的使用和實驗輸入使得能夠建立完整、自洽且準確的模擬模型，所述實驗輸入來自作為關于標稱噴涂輪廓的參比試驗的噴涂試驗。來自這些噴涂試驗的試驗數(shù)據(jù)有助于確立用于沉積工藝的質量守恒模型的相關系數(shù)。該建模方法還使得能夠計算噴涂/沉積的效率。例如，可以確定單噴輪廓與粉末進料速率的相關性、和/或單噴輪廓與流量密度的相關性、和/或單噴輪廓與噴槍和基材表面之間的距離的相關性、和/或單噴輪廓與噴槍速度的相關性、和/或單噴輪廓與噴涂角度的相關性、和/或單噴輪廓與噴涂效率的相關性。此外，可以確定單噴輪廓與厚度標準偏差(尤其是，以高斯分布模型為參比的厚度標準偏差)的相關性、和/或單噴輪廓與流量密度標準偏差的相關性、和/或單噴輪廓與該單噴輪廓的厚度分布的標準偏差的相關性、和/或單噴輪廓與涂層密度的相關性、和/或單噴輪廓與該單噴輪廓偏離工具中心點的位移的相關性?？梢曰趯螄婞c/輪廓的模擬、并對于進入的粉末射流使用質量守恒定律，來對涂層厚度或涂層噴射圖案進行模擬。噴涂輪廓為表面上的單噴點/輪廓在例如根據(jù)噴槍的運動而線性運動的結果。噴涂輪廓代表任何涂覆方案的構建塊。因此，單噴輪廓的疊合 (以一定的偏移距離發(fā)生移動)在基材表面上產(chǎn)生噴涂圖案。基于質量守恒定律對噴涂輪廓的建?？梢曰趯娡抗に噮?shù)的依賴性，并使得能夠對復雜的噴涂圖案進行逼真的模擬。這種方法可適用于幾何形狀復雜的渦輪機部件，特別是燃氣輪機部件。優(yōu)選可以確定效率因子。此外，可以確定效率因子對噴涂角度的依賴性。另外，可以確定標準偏差對噴涂距離的依賴性、和/或標準偏差(優(yōu)選高斯標準偏差)對噴槍傾斜角度的依賴性。通常，可以認為粉末射流的粉末速度的法向分量分布(normal component distribution)、和/或粉末射流的粉末密度的法向分量分布、和/或所得到的粉末射流的質量流量密度的法向分量分布，在該粉末射流的任何截面均符合高斯原理。例如，可以認為，單噴輪廓的厚度分布在垂直于基材截面的方向上具有高斯分布、和/或其向基材表面的投影具有橢圓形的形狀。尤其可以認為，對于固定的工具中心點(TCP)，單噴輪廓具有橢圓形的厚度分布。可以認為，由噴槍TCP (工具中心點)的固定位置噴射的單噴點中相應的厚度分布在垂直于基材截面的方向上具有高斯分布、并且其向基材表面的投影具有橢圓形的形狀。可以認為，通過噴槍TCP的線性運動獲得的相應的單噴輪廓厚度分布，在垂直于基材和垂直于運動方向的截面方向上具有相應的高斯分布。對于貫穿射流基材層的粉末質量，可以考慮守恒和轉化法則。可以定義一個關于沉積涂層厚度分布的方程。有利的是，該方程可以基于對于貫穿射流基材層的粉末質量所考慮的守恒和轉化法則?？梢詫碜远啻螄娚鋰娡康膯螄娸喞硎緸槎鄠€單噴輪廓的和?？梢詫碜远鄠€注射噴涂的噴涂輪廓表示為相應數(shù)目的單噴輪廓的和?？梢詫⑺鱿鄳獢?shù)目的單噴輪廓移動一定的距離。對于給定的涂層圖案，例如，對于給定的噴涂圖案，可以分析計算涂層厚度。本發(fā)明的方法具有廣泛的適用性。噴涂輪廓建模中的非近似物理特性避免了進行大量的實驗性的試驗以獲得用于噴涂輪廓的初始數(shù)據(jù)。另一方面，來自關于單噴輪廓中的厚度的一些復雜工藝性能(如噴涂效率和標準偏差(例如，高斯標準偏差))的參比測試的實驗性輸入信息使模型對于實際執(zhí)行而言并不太復雜。這種理論背景和經(jīng)驗輸入的折衷和結合使得能夠建立準確、自洽且實用的模擬程序。本發(fā)明的方法僅使用工藝參數(shù)(如粉末進料速率、噴涂距離、噴槍速度和噴涂角度)作為輸入信息。也可以使用得自參比測試的試驗數(shù)據(jù)將其他工藝特性(如噴涂效率、厚度標準偏差、涂層密度、以及噴涂點可能偏離工具中心點(TCP)的位移)引入模型中?；诰唧w的噴涂室設置參數(shù)，可以容易地改變所選定的輸入工藝參數(shù)。這使得在沉積工序的進程中容易調整模擬，并且可在模擬模型中自然地實現(xiàn)。本發(fā)明的方法提供了一種簡單的、可轉換的并且可擴展的模型。該模型包括噴涂工藝的通用特征，這使得該模型對于相同或相似類型的不同涂覆單元均易于轉換。這一通用特點還使得能夠在短時間內建立對于新的噴涂工藝的模擬模型。例如，將對使用雙注射器和多注射器進行的噴涂的模擬自然地引入該模型中。噴涂輪廓的涂層厚度分布的最終方程和模擬參數(shù)設置的程序具有可用于在商業(yè)的機器人模擬軟件的涂裝模擬模塊中執(zhí)行的形式。通過以下關于一個實施方案的說明、并結合所附的附圖，本發(fā)明的其他特征、性能和優(yōu)點會變得清楚。所有本申請中所述及的特征，無論獨立還是相互結合，均是有利的。

圖1示意性示出所述工藝的幾何學原理。圖2示意性示出液體/溶液前體等離子體噴涂。圖3示意性示出懸浮體等離子體噴涂。圖4示意性示出進入到火焰中的粉末噴射。圖5示意性示出進入到等離子體中的實心絲束噴射(solid wire injection)。圖6示意性示出冷噴涂工藝。圖7示意性示出進入到激光中的粉末噴射。圖8示意性示出單噴輪廓。圖9示意性示出雙噴輪廓?，F(xiàn)在將參考圖1至7對本發(fā)明的一個實施方案進行說明。圖1示意性示出所述工藝的幾何學原理。使用噴槍1將材料射流2沿ζ方向噴涂到表面上。所述表面位于x，y_平面。所述材料射流2具有圓錐形的扇狀3形式。沉積在所述表面上的涂層具有厚度分布(本申請中稱其為高度h(x，y))，并包括多個體積元(本申請中稱其為射流元4(ΔχΔΥΔζ)。 噴涂點5中的厚度分布h(x，y)定義了通過噴槍的線性運動而獲得的噴涂輪廓的厚度分布。通過進行參比噴涂試驗來確定單噴輪廓對于工藝參數(shù)的依賴性，例如，單噴輪廓與至少一個沉積變量(優(yōu)選為標稱噴涂參數(shù)組)的相關性。例如，確定單噴輪廓與粉末進料速率和/或流量密度和/或噴槍和基材表面之間的距離和/或噴槍速度和/或噴涂角度和/或噴涂效率和/或厚度標準偏差和/或流量密度的標準偏差和/或單噴輪廓的厚度分布的標準偏差和/或涂覆密度和/或單噴輪廓偏離工具中心點的位移的相關性。此外，確定效率因子、和/或效率因子對噴涂角度的依賴性、和/或標準偏差對噴涂距離的依賴性、 和/或標準偏差對噴槍傾斜角度的依賴性。對進入的粉末射流2使用質量守恒定律，對單噴輪廓進行模擬。沿移動方向6移動噴槍1。基于噴槍1進行線性運動的假設來模擬噴涂輪廓。形成至少一個表示噴涂輪廓的厚度分布的最終方程，并基于單噴輪廓來模擬所得到的涂層的厚度分布。本發(fā)明的方法基于從噴嘴1加速到沉積表面的粉末射流2 (例如，熔融粉末射流) 內部的質量守恒定律。將射流2模擬為隨著與噴嘴1間的距離的增加而擴大的圓錐形的扇狀3。據(jù)認為，粉末速度Vz的法向分量分布、粉末密度P的法向分量分布和所得到的質量
6流量密度P Vz的法向分量分布在射流2的任何截面均符合高斯原理。對于貫穿射流2的基材層的粉末質量考慮守恒和轉化法則使得能夠定義關于沉積涂層厚度分布的方程。對于噴槍1的固定的工具中心點(TCP)位置，典型的涂層具有高斯峰狀的厚度分布，其反映射流1中的粉末流量密度的高斯分布。此外，也將獲得未知的流量密度P Vz、粉末進料速率反、與流量密度的標準偏差以及噴涂點的厚度分布的標準偏差％和％之間的關系。如果這些標準偏差不相等，則該噴涂點是不對稱的，并具有橢圓形的形狀。這些標準偏差是在參比試驗中通過試驗而獲得的。在模型中將引入在向基材表面上沉積過程中的粉末損失，其效率因子為A，該效率因子A對于特定的沉積過程是已知的。這也是在參比試驗中獲得的。假設噴涂射流2為圓錐狀3并考慮到幾何關系，可以在關于噴涂點厚度分布的最終方程中引入標準偏差0y對噴涂距離和噴槍傾斜角度的依賴性。通常，單噴點在垂直于基材截面的方向上具有高斯厚度分布、并且其向基材表面的投影具有橢圓形的形狀。噴涂點的參數(shù)取決于這些已知的工藝參數(shù)，如進料速率反、噴涂距離d、噴涂角度β和噴涂時間。該模型的未知參數(shù)是噴涂點的標準偏差0；￡和Qy和噴涂效率Α，它們表示額外的工藝參數(shù)，這些工藝參數(shù)可以在參比試驗中測得?？梢詫碜噪p注射噴涂和多注射噴涂產(chǎn)生的噴涂點表示為對應于已移位的粉末注射器的兩個或多個噴涂點的和?？紤]到對噴槍速度的依賴性，噴涂點的厚度分布的時間積分得到相應的噴涂輪廓的厚度分布。對于線性噴涂輪廓(其由噴槍的線性運動產(chǎn)生)的涂層厚度分布，可能會有分析方案。對于復雜的非線性運動，可以應用數(shù)值方法。幾個噴涂輪廓的涂層厚度的疊加導致對于給定的噴涂圖案的厚度分布。典型的涂覆方案代表噴槍的光柵運動(raster movement)，其中使平行排列的噴涂輪廓以某一距離 (路徑偏移P)發(fā)生位移。在這種情況下，可以分析計算所得到的噴涂層的涂層厚度。當前的涂覆渦輪機部件的噴涂方案利用幾個層。這里，可以使下一層的初始工具中心點的位置相對于上一層發(fā)生位移(層偏移1)。也可以在這一模型的框架中將這種結構描述為多個噴涂輪廓(其中工具中心點位置發(fā)生位移)的疊加。為了表征噴涂工藝并驗證模型模擬，必需輸入噴涂效率A以及標準偏差ο ,和ο y。 在該實驗中，可以使用金屬板，該金屬板要足夠厚以避免在噴涂過程中發(fā)生熱變形。為了獲得噴涂效率的代表性結果，對于具體工序可以對所述板進行充分處理。施加兩個通過中線相互垂直的噴涂輪廓。由此，在該板的表面上出現(xiàn)“交叉”的噴涂圖案。將采用觸覺或光學掃描技術在三個位置沿與輪廓長度垂直的方向測量這兩個噴涂輪廓的一維厚度分布?？梢詫λ@得的經(jīng)驗厚度分布進行統(tǒng)計處理，并且可以對平均分布曲線進行高斯擬合。通過分析擬合曲線，可以計算各個噴涂輪廓的最大厚度值、標準偏差σ ,和σ y、以及偏離工具中心點的位移八&和Ayd。可以將各個噴涂輪廓的輪廓曲線下的經(jīng)驗面積與相應輪廓在100%效率下的理論值進行比較。所得的兩輪廓的比例的平均值給出了噴涂效率值。以下為測量噴涂效率A的另一種成本更低、耗時更短的替代方法將光柵噴涂圖案噴涂在金屬板上，并在噴涂之前與噴涂之后對金屬板稱重。測得的重量差與理論模擬值的比率給出了噴涂效率。以這種方法，可以研究噴涂效率對噴涂角度的依賴性。
為了測量雙注射噴涂和多注射噴涂的參數(shù)，則在試驗中僅使用一個注射器。另一注射器結果似乎是相同的，可以考慮幾何學方法將其算出。結合圖2至7對不同涂覆方法的例子進行解說。本發(fā)明的方法可以應用于這些涂覆方法。當然，其他涂覆方法也是可以的。圖2示意性示出液體/溶液前體等離子體噴涂。通過流體通道11，將儲存于前體儲罐9和10中的第一溶液前體7和/或第二溶液前體8引入液體注射器12中。通過液體注射器12，將第一溶液前體7和/或第二溶液前體8的液滴14注射到來自等離子體噴嘴 13的等離子體18中。將等離子體18以及溶液前體7和8噴涂到基材16的表面上，形成涂層15。通過溫度控制單元17控制基材16表的溫度。圖3示意性示出懸浮體等離子體噴涂。將懸浮體21注入等離子體射流23。等離子體射流23是通過陽極M和陰極25產(chǎn)生的。沿軸向方向沈噴射等離子體射流23。沿橫向方向27將懸浮顆粒21注入等離子體射流23。在使懸浮顆粒觀爆炸后，發(fā)生溶劑蒸發(fā) 29、隨后發(fā)生氧化物形成30、部分熔融31和完全熔融32，然后完全熔融的顆粒32到達基材 19的表面，并在那里形成附著的涂層20。在溶液等離子體噴涂和懸浮體等離子體噴涂的框架內，也可以對采用溶液等離子體噴涂和懸浮體等離子體噴涂而進行的熱屏障涂層的沉積進行建模。材料的液體載體，無論作為無機溶液還是精細懸浮體，均可以基于質量守恒定律而進行建模?？梢岳觅|量守恒定律，基于由沉積工藝產(chǎn)生的噴涂輪廓來對沉積厚度和沉積效率建模。圖4示意性示出進入到火焰中的粉末噴射。通過火焰42將涂層34置于基材33 的表面?；鹧?2產(chǎn)生于火焰管41內?；鹧婀?1包括火花塞40、粉末入口 39、氮氣吹掃口 38、燃料氣體入口 37、氧氣入口 36和冷卻水入口 35。圖5示意性示出進入到等離子體中的實心絲束噴射。通過接觸管48、49將兩個實心絲束46、47注入到等離子體中，該等離子體包括來自噴嘴45的第一霧化空氣。加入第二空氣50并形成熔融霧化顆粒的噴射流51。噴射流51在基材43的表面生成涂層44。根據(jù)線束進料速率(wire feed rate)和相應的噴涂輪廓的建構，可以對本發(fā)明的方法進行改造以使其適應涂層厚度的增加。圖6示意性示出冷噴涂工藝。通過氣體射流55將顆粒M噴涂到基材52的表面形成涂層53。將用于噴涂的噴槍56與高壓工作氣體供料57、用于加熱該高壓工作氣體的氣體加熱器58、粉末料斗59以及載體加熱器60相連接。材料的冷噴涂涉及材料的高速沉積，厚度由于局部的熱-機械結合而增加?；谫|量守恒和噴涂輪廓的構建特點，可以針對材料厚度對沉積方法建模。圖7示意性示出進入到激光中的粉末噴射。使來自激光器67的激光束63以矩形面引導到基材61的表面上。粉末射流64以角度β注射至激光束63中。當帶有粉末的激光束63到達基材61的表面時，粉末顆粒熔融或仍在熔融中，并且出現(xiàn)熔區(qū)65。以屏蔽氣體 66包圍激光束63。通過激光束63沿掃描方向68對基材61的表面進行掃描?？梢允褂觅|量守恒定律對示于圖2至7的各個工藝進行模擬。這些模擬可應用于各種各樣的沉積工藝。圖8示意性示出單噴輪廓70。圖9示意性示出雙噴輪廓71。在這兩個圖中，χ軸均表示偏移量(單位為mm)，y軸均表示高度h (單位為微米)。在圖8中，單噴輪廓70示出的偏移量72為5mm，最大高度73為23微米。在圖9中，雙噴輪廓71示出雙峰，第一峰74 的偏移量為_5mm，第二峰75的偏移量為5mm。峰74和75的高度均為12微米。基于燃氣渦輪機部件的三維CAD模型的輸入信息，針對燃氣渦輪機部件的涂層沉積已經(jīng)成功地證實了對沉積路徑和涂層厚度構建的模擬。此外，基于轉移的粉末顆粒的相互作用熱(interaction heat)的積聚和局部尖端 (tip)的形狀，可以使用激光粉末熔融來開發(fā)對尖端增長的模擬。就沉積在燃氣渦輪機部件上的傳感器沉積而言，通過熱噴涂工藝(無論直接還是通過掩蔽)對熱電偶和應變計進行沉積已經(jīng)得以充分驗證。根據(jù)燃氣渦輪機表面上的儀表路徑的布線，可以開發(fā)模擬模型以滿足傳感器沉積的厚度和寬度要求。傳感器的噴墨印刷在工業(yè)上也已證實。這也需要將材料通過“懸浮墨”轉移，沉積后，該“懸浮墨”能夠充當傳感器。能夠用于漆構造物(尤其是用于汽車和其他行業(yè))的標準商業(yè)軟件也將經(jīng)驗擬合用于漆的噴涂輪廓。質量守恒定律將使得能夠更好地優(yōu)化涂料厚度沉積和沉積效率?？偟膩碚f，由于創(chuàng)建了關于噴涂輪廓的模型公式，所以本發(fā)明的方法適用于廣泛的材料構造物和沉積工藝。該模型公式基于熱噴涂工藝的物理模型和得自參比試驗的經(jīng)驗輸入信息。所創(chuàng)建的模型公式可用作計算(例如，使用Robcad/Paint軟件包進行的涂層厚度計算)的輸入信息。與本申請所述的現(xiàn)有技術(其中，在工藝發(fā)生任何變化之后都需要重新計算近似系數(shù)，無法描述噴涂點的不對稱性，并且獲得的精度差)相比，本發(fā)明的方法只需要一個參比測試，適用于較寬的工藝參數(shù)范圍，能夠自動實現(xiàn)工藝參數(shù)的變化，并提供了良好的模擬精度。由CAD模型描述的基材(或部件)上的厚度輪廓預測也使得當基材(或部件)的幾何形狀改變時機器人路徑能夠自動更改。在復雜表面上自動生成具有具體噴涂輪廓的路徑的方法，可以利用對噴涂輪廓的精確描述來預測新的幾何形狀上的涂層厚度。
權利要求
1.一種用于模擬被置于基材表面上的涂層的厚度的方法，其中使用質量守恒定律對所述厚度進行模擬。
2.如權利要求1所述的方法，其中將所述涂層噴涂于所述基材表面上。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中將所述涂層噴涂于燃氣渦輪機部件上。
4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其中采用大氣等離子體噴涂、高速氧燃料噴涂、低壓等離子體噴涂、熱噴涂涂層沉積、激光熔覆、絲材電弧噴涂、冷噴涂、傳感器沉積或普通刷涂來對所述基材表面進行涂覆。
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其中將進入的粉末射流模擬為隨著與噴嘴間的距離的增加而擴大的圓錐形的扇狀。
6.如權利要求1-5中任一項所述的方法，其中在從噴嘴向著所述基材表面加速的粉末射流內，使用質量守恒定律來對所述厚度進行模擬。
7.如權利要求2-6中任一項所述的方法，其中-進行至少一次參比噴涂試驗，-確定單噴輪廓與至少一個噴涂工藝參數(shù)的相關性，-對于進入的粉末射流，使用質量守恒定律來對所述單噴輪廓進行模擬。
8.如權利要求1-7中任一項所述的方法，其中確定單噴輪廓與至少一個沉積變量的相關性。
9.如權利要求8所述的方法，其中確定所述單噴輪廓與粉末進料速率、和/或與流量密度、和/或與噴槍和所述基材表面之間的距離、和/或與噴槍速度、和/或與噴涂角度、和/ 或與噴涂效率、和/或與厚度標準偏差、和/或與流量密度標準偏差、和/或與所述單噴輪廓的厚度分布的標準偏差、和/或與涂層密度、和/或與所述單噴輪廓偏離工具中心點的位移的相關性。
10.如權利要求1-9中任一項所述的方法，其中確定效率因子、和/或效率因子對噴涂角度的依賴性、和/或標準偏差對噴涂距離的依賴性、和/或標準偏差對噴槍傾斜角度的依賴性。
11.如權利要求1-10中任一項所述的方法，其中認為粉末射流的粉末速度的法向分量分布、和/或粉末射流的粉末密度的法向分量分布、和/或粉末射流的所得到的質量流量密度的法向分量分布在所述粉末射流的任何截面均符合高斯原理。
12.如權利要求1-11中任一項所述的方法，其中認為單噴輪廓的厚度分布在垂直于基材截面的方向上為高斯分布、和/或在所述基材表面上的投影具有橢圓形的形狀。
13.如權利要求1-12中任一項所述的方法，其中將來自多個注射噴涂的噴涂輪廓表示為相應數(shù)目的單噴輪廓的和。
14.如權利要求1-13中任一項所述的方法，其中對于給定的噴涂圖案分析計算涂層厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于模擬被置于基材表面上的涂層的厚度的方法。使用質量守恒定律對所述厚度進行模擬。在一個優(yōu)選實施方案中，進行至少一次參比噴涂試驗，確定單噴輪廓與至少一個噴涂工藝參數(shù)的相關性，并且對于進入的粉末射流，使用質量守恒定律來對所述單噴輪廓進行模擬。
文檔編號C23C4/12GK102597296SQ201080048935
公開日2012年7月18日 申請日期2010年2月16日 優(yōu)先權日2009年10月27日
發(fā)明者亞歷山大·薩多沃伊, 拉梅什·蘇布拉馬尼亞 申請人:西門子公司