[发明专利]涂层厚度的模拟方法

说明书

本发明涉及一种用于模拟被置于(例如，喷涂于)基材表面上的涂层的厚度的方法。

在US 6,256,597B1中，披露了一种用于机器人喷枪组合件(robotic spray gun assembly)的喷涂模拟方法，该方法引入目标几何的离散模型。模拟器引入机器人运动文件和以数值形式表征的喷涂图案文件，该机器人运动文件包含限定所述喷枪的运动路径的多个运动位置、停留时间和方向。读取运动文件中的独立运动位置，并确定在各运动位置处，目标几何的哪些部分是可见的。基于对于各运动位置所指定的喷涂图案数据(机器人运动路径的停留时间和方向)，计算目标几何的各可见部分处的涂层厚度。最后计算目标几何上的总涂层厚度。

热喷涂的理论研究将喷涂工序分为一些子工序，这些子工序本身足够复杂并主要采用不同的数值方法进行模拟。通过在计算流体动力学框架中应用有限元方法，求出了具有熔融粉末颗粒的等离子体射流或火焰射流的质量和热相互作用的方程的数值解。需要考虑到并在热力学框架中模拟出从等离子体射流和粉末颗粒到基材的热传导(参见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)。

基材表面上形成单一的长条的热-机械问题、整个涂层的构建、其与基材的粘结及附着，也需要复杂的数值分析。由于所提到的问题的数值复杂性，需要考虑大量的初始参数。迄今为止，就涂布工艺而言，还有没有规模完整的、自洽的理论模拟模型。

已知有两个模型给出了模拟不同生产条件下所得到的涂层性能的完全的可能性，这两个模型分别由Alstom和GE独立开发(参见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)”)。在这些模型的框架中，有可能模拟所得涂层的厚度。这些模型使用数据表，所述数据表包含在一些工艺参数范围内进行的试验中所获得的喷涂轮廓或静态喷涂点的试验结果。对于这些数据的进一步逼近和外推用于对工艺参数不同的喷涂工序进行模拟。这种逼近有一些缺点。它需要大量的试验以获得所需的精度(庞大的数据输入)。在逼近参数范围以外它不能被安全使用(参数范围有限)。如果工艺参数发生一些甚至很小的改变，所有的相关系数都需要重新计算和/或测试试验需要重复进行(可转换性差)。此外，不能准确描述对于模拟精度特征的一些重要特征，例如，喷涂轮廓相对于运动方向的不对称性和喷涂角度的变化。

本发明的一个目的是提供一种用于模拟被置于基材表面上的涂层的厚度的有利方法。

通过如权利要求1所要求保护的用于模拟被置于基材表面上的涂层的厚度的方法实现了该目的。从属权利要求限定了本发明的进一步的研究成果。

在本发明的用于模拟被置于基材表面上的涂层的厚度的方法中，使用质量守恒定律对厚度进行模拟。尤其是，可以使用质量守恒定律对厚度分布进行模拟。优选地，涂层可被喷涂在基材表面上。

可以创建一种单独的单喷轮廓的涂层沉积的物理模型，并可以设置模拟参数。使用质量守恒定律可以获得关于喷涂点和喷涂轮廓的厚度方程。可以进行实验性的试验以获得用于具体喷涂工序的输入模拟参数。可以采用标称参数进行关于水平、垂直和用于确认的倾斜轮廓的喷涂的测试程序。在该参比测试中，可以获得采用标称工艺参数喷涂的参比轮廓中的涂层厚度分布的参数。基于热喷涂的物理模拟模型，可以将该参数输入到所述单独的喷涂轮廓的厚度分布的模型公式中。该公式描述了依赖于工艺参数变化的所述单独的喷涂轮廓的半高斯厚度分布。可以在商业的机器人模拟软件(例如，来自Siemens PLM的Robcad)实施该公式。所得的用于机器人路径的厚度分布代表单独的喷涂轮廓的厚度的叠加。该模拟软件可以计算单独的喷涂轮廓并执行所述厚度的叠加。