喷射沉积过程中实时检测技术研究的新进展

　　0引言

　　喷射沉积是一种新型材料加工技术，与粉末冶金技术相比，该技术加工过程简单，并具有生产近终形产品的能力以及直接从液态金属制取具有快速凝固组织特征的高性能材料的优点，已经引起了人们的高度重视[1]。喷射沉积技术研究过程中，检测技术发挥了重要作用。先进检测技术的应用，尤其是实时检测技术的应用，不仅为研究者提供准确的工艺参变量，而且为过程的实时反馈控制提供了前提条件。关于检测技术方面的研究进展情况，已有许多文献作过系统的报道[2-4]。本文综述喷射沉积过程的实时检测技术，着重对近几年这一领域研究和应用的最新情况予以介绍。

　　1实时检测技术

　　喷射沉积工艺中需要传感的数据大致可分为两类:一类是工艺参数的检测，包括熔体过热温度、金属质量流率、气体质量流率、沉积器运动方式、雾化器工作方式等，对于此类参数检测，用许多传统的过程参数检测方法即可以实现，这里不予介绍;另一类是工艺过程状态参数的检测，如液滴尺寸大小及分布、沉积层半固态区的厚度及温度、沉积坯体尺寸及形状、表面粗糙度等状态变量，此类参数由前述的工艺参数决定，并与产品的最终质量有直接关系，因此这类参数的检测更为重要，是本文要介绍的主要内容。根据传感原理的不同，传感方式可分多种，如力学、声学、光学等。对于喷射沉积系统，工艺条件恶劣的情况决定了采用非接触传感方法具有诸多优点，其中应用最广泛的传感方法是光学传感方法，包括激光衍射、散射技术、红外成像技术、高速摄影技术等。

　　1.1粒子测量光纤系统(PCSV-P)

　　PCSV-P(thePartieleCounting，Sizing，andVeloeityMeasurementProbe)提供了一种检测颗粒尺寸、速度和计数的方法，适用于喷射沉积中雾化过程状态参数的检测，属于单个粒子检测方法。文献[5]采用这种方法对锌的雾化过程进行了测量，侧量数据包括颗粒尺寸及数量。该方法的检测原理为:当低能激光器照射随机穿越检测区的单个粒子时，散射光信号经光纤传至光电倍增管，并将产生的电压脉冲传送到信号处理器，利用去卷积算法最终将衍射光强度和持续时间与粒子尺寸、数量密切联系起来，实现检测目的。图1是PCSv-P系统的光路图。该系统可以完成指定位置颗粒计数的功能。由于颗粒数量的变化情况关系到熔体金属雾化的程度，因此通过颗粒数量检测可以反映熔体雾化的效果。将PCSV-P测量结果与显微镜观察结果比较，结果显示尽管前者测量的尺寸偏大，但整体上仍能与后者的测量结果较好地吻合，这说明了PCSV-P检测方法的可行性。PCSV-P具