In-Flight Temperature And Velocity of Powder Particles of Plasma Sprayed TiO2

Abstract

This paper relates to the in-flight temperature and velocity of TiO2 particles, an integral part of the systematic research on atmospheric plasma spraying of the material. Initial powder feedstock (32-45 um, 100% rutile phase) was introduced into the plasma jet. Six parameters were selected to represent the versatility of the plasma system and their respective influences were determined according to basic One-at-a-time and advanced Taguchi design of experiments combined with analysis of variance analytical tool.

It was found that the measured temperatures varied from 2121 K to 2830 K (33% variation), while the velocities of the particles altered from 127 m/s to 243 m/s (91% variation). Gun net power was detected as the most influential factor with respect to the velocity of the TiO2 particles (an increase of 8.4 m/s per 1 kW increase in net power). Spray distance was determined to have a major impact on the in-flight temperature (a decrease of 10 mm in spray distance corresponds to a drop of 36 K). A significant decrease in both characteristics was detected for an increasing amount of powder entering the plasma jet: a drop of 7.1 K and 1.4 m/s was recorded per every +1 g/min of TiO2 powder.

Tato práce se zabývá letovými vlastnostmi (zejména povrchovou teplotou a rychlostí) částic TiO2 a představuje integrální součást systematického výzkumu atmosférického plazmového nanášení tohoto materiálu. V rámci studie byl do proudu plazmy vnesen výchozí práškový materiál (32-45 um, 100% rutil). Bylo vybráno šest parametrů reprezentujících univerzálnost plazmového systému a byly stanoveny jejich jednotlivé vlivy pomocí základní metody One-at-a-Time (jednotlivě) a pokročilé metody Taguchiho designu s využitím statistického nástroje analýzy rozptylů.

Bylo zjištěno, že měřené teploty se pohybovaly v rámci rozmezí 2121 K až 2830 K (rozdíl 33%), kdežto letové rychlosti částic se měnily mezi 127 m/s a 243 m/s (rozdíl 91%). Jako parametr s největším vlivem na letovou rychlost částic TiO2 byl určen výkon plazmové pušky (zvýšení rychlosti o 8.4 m/s na každý 1 kW výkonu). Vzdálenost vzorku od pušky byla shledána faktorem s nejvyšším dopadem na letovou teplotu částic, s každým zvětšením vzdálenosti o 10 mm částice ochladily o zhruba 36 K. Významný pokles obou letových charakteristik byl dále zaznamenán pro zvyšující se množství prášku vstupujícího do plazmového proudu: zvýšení vtoku prášku o +1 g/min odpovídal pokles teploty o 7.1 K and rychlosti o 1.4 m/s.