7.1干冰颗粒飞行中的特性 所有测量均在离喷嘴出口25mm距离处进行（爆破距离）以测量撞击瞬间的颗粒性质。 使用20kg / h的较低进料量使成像更清晰。 设置数字表示测量值对应于哪个喷洒组：设置1指示堵塞的喷嘴，设置2清洁喷嘴并且用另一个干冰喷枪设置3。 表13：HiWatch结果 Set | Blaster model | Pressure [bar] | Particle velocity [m/s] | Pellet size [mm] | Average particle size [μm] | Maximum particle size [μm] | 1 | ICS 110-E | 6 | 184,6 | 3 | 20,9 | 28,8 | 1 | ICS 110-E | 4 | 115,4 | 3 | 21,1 | 34,8 | 2 | ICS 110-E | 5 | 222,8 | 3 | 21,8 | 56,1 | 2 | ICS 110-E | 4 | 197,0 | 3 | 21,7 | 43,8 | 2 | ICS 110-E | 4 | 199,0 | 1,5 | 21,8 | 59,1 | 2 | ICS 110-E | 3 | 150,2 | 3 | 21,7 | 59,8 | 3 | IceBlast KG20 | 4 | 156,1 | 3 | 22,9 | 126,4 | 3 | IceBlast KG20 | 2 | 78,7 | 3 | 23,0 | 158,7 |
由于数据分散非常不均匀，粒子速度不是一个直接的平均值。 相反，从速度数据形成直方图，拟合高斯曲线，并选择最高峰作为最能代表粒子速度的值。 这应该可以减轻更快和更小颗粒的影响。 所获得的粒子速度与建模结果[58]表明的相关性都很高。 但是，这可以用本研究中使用的爆破器的不同喷嘴和干冰进料配置以及Dong等人的解释来解释。 根据测得的平均颗粒大小来判断，似乎该设备不适合测量干冰喷射。 在所有情况下，一些颗粒在通过软管到达喷嘴时会被粉碎和粉碎; 因此，溪流中将充满干细粉尘。 该软件似乎主要记录除了大多数实际粒料以外的细小粉尘作为不规则性。 由于有限的成像面积（8,94 mm x 6,69 mm）和低成像深度，即使使用正确的参数，捕获和成像大于1 mm的粒子实际上也很具有挑战性。 最小测量的颗粒尺寸范围从13微米到16微米，但真正的差异在于最大颗粒尺寸。 堵塞的喷嘴效应在最大颗粒尺寸下是最明显的，因为去除堵塞会使最大尺寸从34微米增加到59微米。 两个爆破器的最大颗粒尺寸之间的更大差异可能是由于馈送系统的差异所致。 在IceBlast KG20测量过程中，可以看到单个颗粒撞击喷涂室后下雨，在IC 110-E测量过程中未观察到类似的观察结果。
HiWatch软件在测量过程中捕获图像，并通过这些图像手动显示KG20爆破流中显着较大的颗粒，由于尺寸和图像重叠，软件未对其进行测量（图34）。 但必须指出，像这样的图像数量很少。 还浏览了IC 110-E测量的图像，但即使有更多的测量和图像，也没有发现相当大的粒子。 7.2表面温度 在喷涂时注意到热电偶的温度读数异常低。 在喷雾结束时，用手持式红外温度计检查温度。 事实证明，当样品架显着高于室温（> 50°C）时，手持式温度计的读数通常高出热电偶的两倍。 由于热电偶和温度计未根据被测表面进行校准，记录的温度读数大大低于实际温度。 但是，所有温度都采用相同的配置，因此即使绝对值不可靠，也应该具有可比性。 表面温度图如下所示。
在130mm距离处（图35），随着空气冷却，温度保持稳定得多，如两条曲线的较小波动所示。 6巴干冰喷射的波动最大，30公斤/小时比60公斤/小时稍高。 4 bar爆破，反向旋转平均值略高于6 bar样品，非常接近其他4 bar爆破样品（图36）。
来自第三次喷洒试验的曲线与使用不同的干冰喷洒器时略有不同（图39），但通过量也不相同。 与之前的110毫米喷雾样品一样，散开的空气冷却效果最差，温度波动相当明显。 与以前的110毫米干冰喷射样品曲线相比，在类似的爆破参数下，温度似乎较低。 所有干冰喷射样品曲线中的一个奇特特征是在中断和喷雾结束时表面温度暂时升高。 对此的一种可能性可能是这种喷枪在非常表面上冷却表面，而喷枪在整个过程中将其加热，一旦除去等离子体和喷射器，开始在表面上达到均匀的温度。 7.3显微 来自两套喷涂装置的所有涂层最初在光学显微镜下显得非常相似，具有清晰的层状结构和一些孔隙; 然而，进一步的SEM研究显示出轻微的差异 尽管空气冷却样品（图40和41）确实看起来比干冰喷射样品更密集（图42），但是从SEM图像和从图像可以看出，来自第一喷雾组的所有样品呈现出相当明显的splat边界，而不管冷却方法如何 表14列出了平均孔隙度。 总的来说，孔隙度数字相对较高，主要是由于高度明显的图示边界。 虽然可见的边界不是真实的空隙或孔隙，但它们仍然表明粘合力差。 图40：样品1a：130mm，空气，6巴，喷嘴（放大500倍和1000倍）  
图41：样品1b：130mm，空气，6巴，喷嘴+ BC（放大500倍和1000倍）  
图42：样品2a：130mm，冰，6巴，40kg / h（放大500倍和1000倍） 表14：第一组的平均程度 Sample | Cooling Average porosity | Stddev | 1a | 130 mm, air, 6 bar, nozzle | 9,0 % | 0,6 % | 1b | 130 mm, air, 6 bar, nozzle + BC | 10,5 % | 0,2 % | 2g | 130 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h + BC | 15,0 % | 0,3 % | 2h | 130 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h + preheat | 14,9 % | 0,5 % | 2i | 130 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h + pretreatment 15,9 % | 0,3 % | 2e | 130 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h | 15,0 % | 1,4 % | 2b | 130 mm, ice, 6 bar, 30 kg/h | 15,0 % | 0,0 % | 2a | 130 mm, ice, 6 bar, 40 kg/h | 13,2 % | 0,1 % | 2d | 130 mm, ice, 6 bar, 40 kg/h, 1,5 mm pellet 16,7 % | 0,9 % | 2c | 130 mm, ice, 6 bar, 60 kg/h | 15,4 % | 0,0 % | 2f | 130 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h, reversed | 12,4 % | 0,7 % |
在第二组喷涂中，冷却方法和喷涂距离对微观结构影响最大。 具有展开空气冷却的参考样品0（图43）与喷嘴空气冷却时样品1c（图44）相比稍微更粘着，样品0也具有第二低的测量孔隙率（6.7％） 这组（表15）。 相同喷涂距离的干冰喷射样品在微观结构上看起来相当相同。  
图43：样品0：110mm，空气，6巴，展开冷却（放大500倍和1000倍）  
图44：样品1c：110mm，空气，6巴，喷嘴（放大500倍和1000倍）  
图45：样品3a：130mm，冰，4巴，40kg / h（放大500倍和1000倍） 
图46：样品3b：110mm，冰，4巴，40kg / h（放大500倍和1000倍）
Sample | Cooling | Average porosity | Stddev | 3i | 70 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h | 8,7 % | 0,2 % | 3h | 90 mm, ice, 3 bar, 40 kg/h | 7,5 % | 0,1 % | 3f | 90 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h | 9,4 % | 1,1 % | 3j | 90 mm, ice, 6 bar, 40 kg/h | 9,5 % | 1,2 % | 0 | 110 mm, air, 6 bar, spread out cooling | 6,7 % | 0,0 % | 1c | 110 mm, air, 6 bar, nozzle | 8,1 % | 0,1 % | 3d | 110 mm, ice, 3 bar, 40 kg/h | 7,8 % | 0,2 % | 3e | 110 mm, ice, 3 bar, 60 kg/h | 8,2 % | 0,1 % | 3b | 110 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h | 6,1 % | 0,5 % | 3c | 110 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h, 1,5 mm | 8,2 % | 0,2 % | 3k | 110 mm, ice, 6 bar, 40 kg/h | 8,7 % | 0,1 % | 3a | 130 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h | 9,2 % | 0,1 % | 3g | 90 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h, reversed | 8,2 % | 0,2 % |
比较从130mm（3a，图45）和110mm（3b，图46）喷射的样品，看起来较长的喷涂距离减少了多个涂层之间的粘结，如图像和孔隙率百分比所示（9,24％vs 。6.08％）。 同时，从110毫米和90毫米喷射的样品几乎没有区别。 从70mm（3i，图47）喷射的样品具有稍微更多的不规则结构，具有较大的良好粘合区域以及一些粒状未熔化区域。 第三组和最终喷涂组的样品表现出与先前组样品非常相似的结构，孔隙度数值也处于同一水平。 再一次，空气冷却样品（图48中的0a）表现出与最不明显的splat边界最密切，内部孔隙度百分比较低，尽管样品4e（图 也不多孔（表16）。  
图48：样品10a：110mm，空气，6巴，展开冷却，60米/分钟（放大500倍和1000倍）  
图49：样品4e：110mm，冰，2巴，20kg / h，60m / min（放大500倍和1000倍） 表16：第三组的平均孔隙度 Sample | Cooling Average porosity | Stddev | 0a | 110 mm, air, 6 bar, spread out cooling, 60 m/m | in 7,1 % | 0,1 % | 4e | 110 mm, ice, 2 bar, 20 kg/h, 60 m/min | 8,6 % | 0,4 % | 4c | 110 mm, ice, 2 bar, 20 kg/h, 90 m/min | 8,6 % | 0,2 % | 4b | 110 mm, ice, 4 bar, 20 kg/h, 90 m/min | 10,0 % | 0,0 % | 4d | 110 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h, 60 m/min | 9,0 % | 0,2 % | 4a | 110 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h, 90 m/min | 9,6 % | 0,0 % |
对于干冰喷射的样品，在较低的爆破压力下重复相同的趋势，产生具有粘性的涂层。 具有相同爆破参数但不同表面速度的样品在图像和孔隙度结果中没有显示出任何显着差异。 7.4厚度和表面粗糙度 表17-19给出了涂层厚度和表面粗糙度的测量结果。 在第一组中，使用4巴干冰和6巴空气冷却获得了更高的沉积效率，而在6巴干冰处理中观察到降低。 第二组在70mm喷涂距离（3i）实现了最高的7,7μm/ pass沉积效率。 在90mm和110mm处观察到的沉积效率看起来与高于6μm/道次相同，但在少数样品中观察到低于6μm/道次的沉积效率，表明较小的颗粒尺寸（3c），较长的喷雾 130毫米（3a）的距离，较高的爆破压力（3k）或反转鼓轮旋转（3g）有些不利。 第三组的较高表面速度（90m / min）样品具有与较早样品相似的沉积效率水平。 在另外的第三组样品中，较慢的表面速度（60m / min）自然产生每道更厚的涂层。 表17：第一组样品的涂层厚度和表面粗糙度值。 Sample | Cooling | Passes | Thickness [μm] | Thickness/ pass [μm] | Ra [μm] | Ry [μm] | Rz [μm] | 1a | 130 mm, air, 6 bar, nozzle | 74 | 421 | 5,7 | 3,3 | 24,6 | 21,1 | 1b | 130 mm, air, 6 bar, nozzle + BC | 80 | 439 | 5,5 | 3,7 | 28,1 | 22,0 | 2g | 130 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h + BC | 80 | 424 | 5,3 | 3,5 | 26,4 | 22,3 | 2h | 130 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h + preheating | 80 | 390 | 4,9 | 3,7 | 25,6 | 22,1 | 2i | 130 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h + pretreatment | 80 | 402 | 5,0 | 3,4 | 25,4 | 21,1 | 2e | 130 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h | 80 | 396 | 5,0 | 3,4 | 26,5 | 21,7 | 2b | 130 mm, dry ice, 6 bar, 30 kg/h | 80 | 352 | 4,4 | 3,4 | 26,8 | 21,8 | 2a | 130mm, dry ice, 6 bar, 40 kg/h | 80 | 312 | 3,9 | 3,2 | 23,8 | 20,0 | 2d | 130 mm, dry ice, 6 bar, 40 kg/h, 1,5 mm pellet | 51 | 195 | 3,8 | 3,2 | 24,4 | 20,1 | 2c | 130 mm, dry ice, 6 bar, 60 kg/h | 82 | 344 | 4,2 | 3,6 | 25,0 | 20,6 | 2f | 130 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h, reversed | 80 | 406 | 5,1 | 3,2 | 24,4 | 21,0 |
表18：第二组样品的涂层厚度和表面粗糙度值。 Sample | Cooling | Passes | Thickness [μm] | Thickness/ pass [μm] | Ra [μm] | Ry [μm] | Rz [μm] | 3i | 70 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h | 60 | 459 | 7,7 | 27,8 | 155,1 | 155,1 | 3h | 90 mm, dry ice, 3 bar, 40 kg/h | 60 | 389 | 6,5 | 4,9 | 32,8 | 28,0 | 3f | 90 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h | 60 | 404 | 6,7 | 4,7 | 34,5 | 27,8 | 3j | 90 mm, dry ice, 6 bar, 40 kg/h | 60 | 377 | 6,3 | 3,8 | 28,7 | 23,9 | 0 | 110 mm, air, 6 bar, spread out cooling | 60 | 401 | 6,7 | 3,7 | 26,1 | 22,3 | 1c | 110 mm, air, 6 bar, nozzle | 60 | 387 | 6,4 | 3,6 | 25,4 | 22,2 | 3d | 110 mm, dry ice, 3 bar, 40 kg/h | 60 | 390 | 6,5 | 3,7 | 27,0 | 23,2 | 3e | 110 mm, dry ice, 3 bar, 60 kg/h | 60 | 392 | 6,5 | 3,6 | 28,2 | 22,4 | 3b | 110 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h | 60 | 366 | 6,1 | 3,5 | 24,8 | 21,4 | 3c | 110 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h, 1,5 mm | 60 | 320 | 5,3 | 3,6 | 26,3 | 22,1 | 3k | 110 mm, dry ice, 6 bar, 40 kg/h | 60 | 333 | 5,6 | 3,4 | 24,2 | 20,8 | 3a | 130 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h | 61 | 351 | 5,7 | 3,3 | 23,9 | 20,7 | 3g | 90 mm, dry ice, 4 bar, 40 kg/h, reversed | 60 | 329 | 5,5 | 4,2 | 28,9 | 24,3 |
表19：第三组样品的涂层厚度和表面粗糙度值。 Sample | Cooling | Passes | Thickness [μm] | Thickness/ pass [μm] | Ra [μm] | Ry [μm] | Rz [μm] | 0a | 110 mm, air, 6 bar, spread out cooling, 60 m/min | 30 | 288 | 9,6 | 4,7 | 36,5 | 33,0 | 4e | 110 mm, ice, 2 bar, 20 kg/h, 60 m/min | 30 | 323 | 10,8 | 4,8 | 39,0 | 32,9 | 4c | 110 mm, ice, 2 bar, 20 kg/h, 90 m/min | 40 | 262 | 6,5 | 4,6 | 36,6 | 32,5 | 4b | 110 mm, ice, 4 bar, 20 kg/h, 90 m/min | 40 | 213 | 5,3 | 4,3 | 33,6 | 29,8 | 4d | 110 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h, 60 m/min | 30 | 274 | 9,1 | 4,3 | 32,1 | 29,9 | 4a | 110 mm, ice, 4 bar, 40 kg/h, 90 m/min | 40 | 214 | 5,4 | 4,2 | 33,0 | 28,9 |
第一组样品具有均匀的表面质量，所有Ra，Ry和Rz只有轻微的变化。 第二组在表面质量方面表现出一些差异，以70mm（3i）喷涂的样品具有非常粗糙的凹凸纹理，最高Ra值为27.8μm。 大多数样品的Ra值低于4μm，但在90mm和较轻的冷却下喷射的样品在4,9μm和4.7μm处具有稍高的值。 第三组的表面粗糙度值略高于4微米至5微米，较低值有利于干冰喷射较多的样品。
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