特殊形面噴涂成膜研究現(xiàn)狀與展望

摘 要 在現(xiàn)代工業(yè)防腐技術(shù)中，空氣噴涂具有作業(yè)效率高、涂層質(zhì)量好、節(jié)約涂料及環(huán)保性好等顯著優(yōu)勢。噴涂特殊形面工件時(shí)會(huì)出現(xiàn)噴涂效率低、涂層質(zhì)量差及噴槍軌跡規(guī)劃難等問題，展開特殊形面噴涂成膜研究變得尤為迫切。介紹了特殊形面噴涂成膜建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用條件，分析了特殊形面噴涂成膜特性的研究現(xiàn)狀。指出了基于CFD的噴涂成膜模型、全過程噴涂模型與特殊形面是未來研究的重要方向和內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 工業(yè)防腐 空氣噴涂 特殊形面 噴涂成膜 CFD

中圖分類號(hào) TQ050.9+6" "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A" "文章編號(hào) 0254?6094（2023）01?0016?07

對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品來說，金屬設(shè)施設(shè)備在使用時(shí)易受環(huán)境影響而發(fā)生腐蝕，影響產(chǎn)品性能和使用壽命[1～3]。為避免和延緩腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，需要對(duì)金屬設(shè)施設(shè)備進(jìn)行噴涂作業(yè)，常采用的噴涂工藝有3種：空氣噴涂[4，5]、無氣噴涂[6，7]和靜電噴涂[8，9]?？諝鈬娡靠梢杂行Ы鉀Q靜電噴涂受涂料、工件物性限制和無氣噴涂易出現(xiàn)漆膜回彈、涂層均勻性較差等問題，涂層厚度均勻且膜面光滑細(xì)致，廣泛應(yīng)用于涂裝行業(yè)[10～13]。機(jī)器人自動(dòng)噴涂技術(shù)具有提高作業(yè)效率和涂層質(zhì)量、節(jié)省涂料及保證施工人員健康等優(yōu)勢，得到越來越多的研發(fā)和應(yīng)用[14～19]。機(jī)器人自動(dòng)噴涂過程[20]是以工件CAD模型、噴涂成膜模型和涂層厚度要求為基礎(chǔ)，規(guī)劃噴槍噴涂軌跡，經(jīng)涂層厚度仿真證實(shí)可行后，用于試驗(yàn)噴涂和生產(chǎn)噴涂。其中，建立合理的噴涂成膜模型和進(jìn)行涂層厚度仿真是確保噴涂質(zhì)量和效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

采用機(jī)器人自動(dòng)噴涂技術(shù)進(jìn)行工業(yè)涂裝時(shí)，除了平面和簡單曲面外，還會(huì)遇到一些特殊形面，如圓弧面、錐形面及球形面等[21～34]，這些形面往往具有形面的特殊性、空間的受限性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等特點(diǎn)，其形面特征會(huì)對(duì)噴涂成膜過程產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致涂膜表面出現(xiàn)流掛、橘皮、起泡及顆粒等現(xiàn)象，且涂料附著率低、涂層均勻性差，是工業(yè)產(chǎn)品易發(fā)生腐蝕的重要原因。因此，如何提高特殊形面噴涂質(zhì)量和效率已成為工業(yè)噴涂的熱點(diǎn)問題。開展特殊形面噴涂成膜建模和特性研究，對(duì)解決特殊形面噴涂成膜難題具有重要意義。

1 特殊形面噴涂成膜建模方法研究現(xiàn)狀

空氣噴涂成膜過程是涂料被高壓空氣霧化最終碰撞黏附在工件表面的氣液兩相運(yùn)動(dòng)，建立噴涂成膜模型是特殊形面噴涂成膜研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，要根據(jù)不同的噴涂特點(diǎn)和要求選擇合理的建模方法，模型選取的優(yōu)劣對(duì)噴涂成膜仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的吻合度至關(guān)重要。目

前，基于經(jīng)驗(yàn)公式[35～43]和基于計(jì)算流體力學(xué)

（CFD）[44～52]的成膜建模方法是兩種常用的方法。

1.1 基于經(jīng)驗(yàn)公式的成膜模型

利用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)噴涂成膜模型進(jìn)行簡化，通過疊加工件表面某點(diǎn)的涂膜厚度得到最終涂層厚度。根據(jù)對(duì)噴霧流場范圍的界定，可分為無限范圍模型和有限范圍模型。

1.1.1 無限范圍模型

無限范圍模型的特點(diǎn)是，當(dāng)待噴涂壁面上某點(diǎn)距離噴槍無限遠(yuǎn)時(shí)，該點(diǎn)的涂膜厚度為零。該模型可以直接積分求得整體涂膜厚度分布，常見有柯西分布模型和高斯分布模型，研究者對(duì)二者進(jìn)行了優(yōu)化，提出了多高斯或柯西分布模型。

ANTONIO J K以優(yōu)化涂層均勻性為目標(biāo)，采用雙柯西曲線建立涂層分布模型[35]。ATKAR P N等建立噴槍噴涂模型來探究噴槍軌跡規(guī)劃，并計(jì)算得到優(yōu)化后的噴槍軌跡和工件表面的高斯曲率[36]。CONNER D C等使用一維和二維相疊加的雙高斯分布模型作為液滴沉積模型，提高了噴涂精度[37]。ZHOU B等使用三高斯分布模型建立噴涂沉積模型，并運(yùn)用到優(yōu)化噴涂機(jī)器人軌跡規(guī)劃中[38]。

1.1.2 有限范圍模型

有限范圍模型的特點(diǎn)是設(shè)定流場邊界：噴錐區(qū)域內(nèi)涂膜厚度存在，噴錐區(qū)域外涂膜厚度為零，比無限范圍模型更符合實(shí)際情況。典型的有限范圍模型有分段函數(shù)模型、拋物線分布模型、橢圓形分布模型和β分布模型。

SUH S H等通過記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出了用以計(jì)算涂膜厚度的橢圓形分布模型[39]。BALKAN T和SAHIR ARIKAN M A進(jìn)行了各種噴涂理論和實(shí)驗(yàn)研究，確立了噴涂流量對(duì)涂料厚度分布的預(yù)測，提出了β涂膜厚度分布模型，該模型在噴涂參數(shù)恒定下噴涂平面或大曲率半徑形面預(yù)測效果明顯[40，41]。周波等通過建立涂層生長率模型分析涂層形成過程，提出了一種適應(yīng)不同涂層分布情況的高斯和靜態(tài)噴涂模型[42]。潘玉龍等選擇雙β分布噴槍模型描述涂層厚度分布，分析了動(dòng)態(tài)噴涂過程中涂層厚度的累積機(jī)理[43]。

無限范圍模型因過于簡化，主要用于噴槍垂直待噴涂表面的情況，與實(shí)際涂膜厚度分布差異較大，目前工業(yè)上應(yīng)用較少;有限范圍模型求解結(jié)果的精度依然較差，只能應(yīng)用于固定噴涂參數(shù)下的平面和簡單曲面噴涂。因此，經(jīng)驗(yàn)公式法應(yīng)用于特殊形面噴涂成膜研究時(shí)局限性較大，解決特殊形面噴涂成膜實(shí)際問題還需要向CFD方向發(fā)展。

1.2 基于CFD的成膜模型

隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升和CFD[44]理論的日益完善，CFD已經(jīng)成為研究兩相流的有力手段，可以大幅提高噴涂成膜數(shù)值仿真的精度，眾多研究者采用CFD進(jìn)行了特殊形面噴涂成膜建模。

1.2.1 CFD建模過程

CFD建模根據(jù)空氣噴涂物理過程，針對(duì)霧化過程、噴霧過程和碰壁黏附過程分別建立模型并求解，得到噴霧流場特性和涂膜特性。其中，霧化數(shù)據(jù)[45～48]是求解噴涂成膜過程的初始條件，目前主要通過實(shí)驗(yàn)方法獲取。筆者主要針對(duì)噴霧過程和碰壁黏附過程進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。

噴霧過程[49，50]可視為霧化后的涂料液滴和高壓空氣的兩相流過程，根據(jù)對(duì)液滴和空氣兩相處理方式的不同，將CFD建模方法分為兩種：歐拉-拉格朗日法和歐拉-歐拉法。根據(jù)不同噴霧過程的特點(diǎn)選擇合適的建模方法，可以得到更準(zhǔn)確的噴霧流場特性。

碰壁黏附過程[51]是涂料液滴撞擊工件壁面后黏附形成涂膜的過程。研究者通過CFD仿真[52]發(fā)現(xiàn)撞擊壁面的涂料液滴幾乎不會(huì)發(fā)生反彈或飛濺，可認(rèn)為撞擊壁面的液滴都沉積在了壁面上，因此涂層厚度分布僅與近壁面處液滴垂直壁面的法向速度有關(guān)，可記錄近壁面處涂料液滴的速度和粒徑分布得到涂膜特性。

1.2.2 歐拉-拉格朗日法

有研究者采用歐拉-拉格朗日法對(duì)傾斜平面[23]和球形面[27～29]進(jìn)行了噴涂成膜建模，得出了不同形面的噴涂成膜特性。

歐拉-拉格朗日法[20]將噴霧流場中的氣相視為連續(xù)相，在歐拉坐標(biāo)系下處理計(jì)算，將涂料相視為離散相，在拉格朗日坐標(biāo)系下處理計(jì)算。該方法需要對(duì)連續(xù)相和離散相分別建立控制方程。連續(xù)相的控制方程包括質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程。離散相的控制方程包括離散相的運(yùn)動(dòng)方程和湍流擴(kuò)散模型，運(yùn)動(dòng)方程通過積分拉格朗日坐標(biāo)系下顆粒狀態(tài)平衡方程來求解顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)考慮到兩相間的相互影響，湍流擴(kuò)散通過隨機(jī)軌道模型進(jìn)行模擬。

該方法物理意義簡明、方程形式較簡單，方便對(duì)單個(gè)涂料液滴的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行追蹤和計(jì)算，缺點(diǎn)是隨著液滴數(shù)的增加，所需的計(jì)算時(shí)間會(huì)呈指數(shù)增加，模擬流場中數(shù)量眾多、運(yùn)動(dòng)復(fù)雜的涂料液滴流動(dòng)狀態(tài)極為困難，同時(shí)難以處理涂料液滴在氣體中的湍流輸運(yùn)過程，因而多應(yīng)用于二維和低濃度涂料噴涂成膜仿真。

1.2.3 歐拉-歐拉法

研究者采用歐拉-歐拉法對(duì)圓弧面[24～26]和錐形面[30，31]進(jìn)行了噴涂成膜建模，揭示了形面特征、噴涂方式和噴涂參數(shù)的變化導(dǎo)致的噴涂成膜特性差異性，可為相近形面的噴涂成膜研究和工程應(yīng)用提供借鑒。

歐拉-歐拉法[20]是將噴霧過程中的涂料液滴視作擬流體，認(rèn)為涂料液滴和高壓空氣是共同存在且互相滲透的介質(zhì)，兩相均在歐拉坐標(biāo)系下處理。該方法需要對(duì)氣液兩相分別建立質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程。當(dāng)流場中的液相接觸目標(biāo)壁面后，它的質(zhì)量和動(dòng)量從兩相中流出，作為源相加入液膜的守恒方程。

該方法在建模時(shí)能完整地考慮到液滴在空氣中的各種湍流輸送過程，能得到液滴相的速度和粒徑分布信息，也能模擬液滴和氣體之間的相互作用。求解氣液兩相時(shí)可采用同一種數(shù)值方法，較歐拉-拉格朗日法的計(jì)算量小，可以為工程應(yīng)用所接受，是一種研究特殊形面噴涂成膜的可行方法。缺點(diǎn)是建模過程要相對(duì)復(fù)雜、困難，求解時(shí)占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大。

綜上所述，基于經(jīng)驗(yàn)公式的成膜模型過于簡化且未考慮形面特征的影響，用于特殊形面涂層厚度仿真時(shí)，會(huì)產(chǎn)生涂層厚度計(jì)算誤差大、噴槍軌跡規(guī)劃不合理等弊端。采用CFD進(jìn)行噴涂成膜建模并修正噴槍作業(yè)軌跡，是從噴涂成膜過程的本質(zhì)機(jī)理出發(fā)，能充分考慮到形面特征和噴涂參數(shù)對(duì)成膜過程的影響，補(bǔ)充了經(jīng)驗(yàn)公式模型的不足，可以得到更準(zhǔn)確的噴霧流場特性和成膜特性，是研究特殊形面噴涂成膜的發(fā)展趨勢。其中，CFD的兩種建模方法各有適用條件，可根據(jù)不同的噴涂條件適情采用，以確保模型的合理性。

2 特殊形面噴涂成膜特性研究現(xiàn)狀

研究者采用CFD模型法進(jìn)行數(shù)值模擬并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)圓弧面[24～26]、錐形面[30，31]、球形面[27～29]等特殊形面的噴涂成膜特性展開了研究，噴涂成膜特性可分為噴霧流場特性和涂膜特性。研究發(fā)現(xiàn)，形面特征、噴涂方式及噴涂參數(shù)等因素對(duì)噴霧流場特性和涂膜特性有較大影響。

2.1 噴霧流場特性

噴霧流場特性主要分為氣相流場特性和液相流場特性，氣相流場特性主要為氣相的速度和壓力分布，液相流場特性主要為液相的速度和粒徑分布。流場中的氣相作用于液相，對(duì)成膜結(jié)果起間接作用，而液相特性會(huì)直接影響噴涂成膜的結(jié)果。

研究者對(duì)遠(yuǎn)壁面和近壁面處噴涂流場特性進(jìn)行了分析。在遠(yuǎn)壁面處，形面特征對(duì)噴霧流場特性的影響很小，而在近壁面處，形面特征會(huì)改變氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)從而影響流場特性。重點(diǎn)對(duì)近壁面處的特殊形面噴霧流場特性展開了研究，得到了一些共同特點(diǎn)：在扇面控制孔高壓空氣的沖擊下，噴霧流場范圍在噴錐截面短軸方向收縮，在噴錐截面長軸方向延展，噴錐截面形狀為橢圓形;噴霧流場中的大粒徑液滴和中等粒徑液滴是形成涂膜的主要來源，小粒徑液滴因容易被氣流沖散至噴錐范圍外，對(duì)涂膜的形成僅僅起到輔助作用;動(dòng)態(tài)噴涂時(shí)，由于噴槍的移動(dòng)，噴霧流場向噴槍移動(dòng)的后方稍微傾斜;凹形面會(huì)對(duì)涂料液滴產(chǎn)生聚集作用，使得液滴法相速度增大、切向速度減小，同時(shí)使噴霧流場范圍變小;凸形面會(huì)對(duì)涂料液滴產(chǎn)生擴(kuò)散作用，使得液滴法相速度減小、切向速度增大，同時(shí)使噴霧流場范圍變大。

研究者對(duì)圓弧面[24～26]噴霧流場特性進(jìn)行了研究，由于圓弧面內(nèi)外表面形面特征差異較大，呈現(xiàn)的近壁面噴霧流場特性各有不同。靜態(tài)噴涂圓弧面內(nèi)外表面時(shí)，周向噴涂的噴霧流場形狀與平面基本相同，軸向噴涂的噴霧流場形狀與平面區(qū)別較大，主要表現(xiàn)為：外壁噴涂時(shí)，由于形面向外凸起，對(duì)噴霧阻礙較小，噴霧流場范圍較大;內(nèi)壁噴涂時(shí)，由于形面向內(nèi)凹陷，對(duì)噴霧阻礙較大，噴霧流場范圍較小。動(dòng)態(tài)噴涂圓弧面內(nèi)外表面時(shí)，噴霧流場形態(tài)不斷發(fā)生變化，噴槍在進(jìn)入和離開圓弧面區(qū)域時(shí)，噴霧流場變化最劇烈，噴涂中段區(qū)域時(shí)，噴霧流場較穩(wěn)定，近似靜態(tài)噴涂流場。但未就噴涂距離、霧化壓力及涂料流量等因素對(duì)圓弧面噴霧流場特性的影響展開研究。

錐形面[30，31]和圓弧面的形面特征有一定相似性，可將兩種形面的噴霧流場特性對(duì)比分析。通過進(jìn)行錐形面噴涂成膜數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了其噴霧流場特性。周向噴涂錐形面外壁和內(nèi)壁時(shí)，其近壁面流場特性與圓弧面周向噴涂相近。沿母線方向噴涂錐形面外壁時(shí)，噴槍距離錐形面頂點(diǎn)越遠(yuǎn)，錐形面頂角越大，外表面會(huì)從凸形面趨向于平面，導(dǎo)致近壁面處的涂料液滴法向速度越高、切向速度越低。沿母線方向噴涂錐形面內(nèi)壁時(shí)，其近壁面流場特性與外壁噴涂的規(guī)律剛好相反，噴槍距離錐形面頂點(diǎn)越遠(yuǎn)，錐形面頂角越大，近壁面處的涂料液滴法向速度越低、切向速度越高。

研究者通過進(jìn)行球形面[27～29]噴涂成膜數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了在近壁面處球形面外壁和內(nèi)壁氣液兩相速度分布規(guī)律和噴霧流場分布特點(diǎn)，并將球形面噴霧流場特性和平面進(jìn)行了對(duì)比分析。同平面噴涂相比，進(jìn)行球形面外壁噴涂時(shí)，由于外壁面的凸起，導(dǎo)致液相垂直于壁面的法向速度降低，切向速度增大，噴霧流場分布范圍變大;內(nèi)壁噴涂時(shí)，由于內(nèi)壁面的凹陷，導(dǎo)致液相垂直于壁面的法向速度增大，切向速度降低，噴霧流場分布范圍變小。但未就霧化氣體壓力、涂料流量及噴槍移動(dòng)速度等噴涂因素對(duì)球形面噴霧流場特性的影響展開研究。

2.2 涂膜特性

在形面的近壁面處，噴霧流場特性的變化會(huì)直接導(dǎo)致涂膜特性發(fā)生變化。涂膜特性主要包括涂膜厚度分布、涂膜范圍、涂料涂著率及涂膜均勻性等，是研究噴涂成膜過程的重要內(nèi)容。對(duì)不同的特殊形面進(jìn)行涂膜特性研究時(shí)，得到一些共同特點(diǎn)：凹面會(huì)對(duì)涂料液滴產(chǎn)生聚集作用，使得涂膜范圍和涂層厚度增大;凸面會(huì)對(duì)涂料液滴產(chǎn)生擴(kuò)散作用，使得涂膜范圍和涂層厚度減小;形面的凹凸程度越大，對(duì)涂膜范圍和涂層厚度的影響越劇烈。

研究者將圓弧面[24，26]和平面噴涂的涂膜特性進(jìn)行了對(duì)比分析。進(jìn)行圓弧面周向噴涂時(shí)，其形面特征主要對(duì)短軸方向的涂膜特性產(chǎn)生影響，而短軸方向涂膜范圍較窄，故其噴錐寬度和液相碰撞角度受形面因素影響較小，重點(diǎn)對(duì)軸向噴涂圓弧面內(nèi)外表面涂膜特性進(jìn)行了研究和分析。對(duì)圓弧面進(jìn)行軸向噴涂時(shí)，由于圓弧面內(nèi)外壁面的凹凸性，內(nèi)壁的最大涂層厚度大于平面，外壁的最大涂層厚度小于平面;內(nèi)壁涂膜寬度略大于平面，噴錐邊緣區(qū)域液相與壁面碰撞角度很小;外壁涂膜寬度略小于平面，噴錐邊緣區(qū)域液相與壁面碰撞角度較大。動(dòng)態(tài)軸向噴涂圓弧面時(shí)，隨著噴槍移動(dòng)速度增大，涂膜厚度和寬度均減小。已揭示的圓弧面涂膜特性可為凹凸類特殊形面噴涂成膜研究提供借鑒和參考。

錐形面[30]和圓弧面的形面特征有一定相似性，研究者將兩種形面的涂膜特性進(jìn)行了對(duì)比分析。沿母線方向噴涂錐形面外壁時(shí)，噴槍距離錐形面頂點(diǎn)越遠(yuǎn)，錐形面的頂角越大，涂層厚度增長率越高。沿母線方向動(dòng)態(tài)噴涂外壁時(shí)，噴槍距離錐形面頂點(diǎn)越遠(yuǎn)，錐形面的頂角越大，涂層厚度增加越快，最終趨近于平面噴涂的厚度。沿母線方向噴涂內(nèi)壁時(shí)，其近壁面涂膜特性與外壁噴涂的規(guī)律剛好相反。周向噴涂錐形面外壁和內(nèi)壁時(shí)，其涂層厚度增長率與圓弧面周向噴涂時(shí)幾乎一致。若周向噴涂錐形面時(shí)的噴錐底心周向曲率半徑與噴涂圓弧面時(shí)的相同，則兩種形面涂層厚度分布十分相近。但錐形面外壁和內(nèi)壁的涂層厚度分布總向錐形面頂點(diǎn)一側(cè)偏移：噴涂同一錐形面時(shí)，噴錐底心周向曲率半徑越小，涂膜厚度分布向錐形面頂點(diǎn)的偏離程度越高;當(dāng)噴錐底心周向曲率半徑相同時(shí)，錐形面頂角越大，涂膜厚度分布向錐形面頂點(diǎn)的偏離程度增加。錐形面涂膜特性可為頂角類和變曲率形面噴涂成膜研究提供借鑒和參考。

研究者對(duì)球形面[27～29]涂膜特性進(jìn)行了研究，并同平面噴涂的涂膜特性對(duì)比分析。球形面外壁噴涂同平面噴涂相比，球形面涂層厚度小，涂膜面積小，涂料涂著率低，但涂層均勻性好。隨著球形面曲率的增加，涂層噴幅逐漸減小，涂層厚度不斷減小，涂著效率降低，涂層均勻性逐漸增加。隨著噴涂距離的增加，球形面涂膜范圍先增加，而后基本不變，之后不斷減小，涂層厚度逐漸減小，涂著效率逐漸降低。噴涂球形面外壁不同緯度區(qū)域時(shí)，可知低緯度噴涂時(shí)，涂膜厚度分布變化程度不大，隨著緯度的提高，涂層厚度在靠近球體頂端的一邊增加，在遠(yuǎn)離球體頂端的一側(cè)減小。

研究者采用CFD進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)不同的特殊形面噴涂成膜特性進(jìn)行了研究，并將相近形面的噴霧流場特性和涂膜特性進(jìn)行對(duì)比分析，得到了形面特征、噴涂方式及噴涂距離等因素對(duì)噴霧流場特性和涂膜特性的影響規(guī)律，以便指導(dǎo)特殊形面噴涂噴槍軌跡規(guī)劃和涂層厚度控制。今后可將涂料粘度、霧化空氣壓力及涂料流量等因素納入研究范圍，揭示這些因素對(duì)噴涂成膜的影響規(guī)律和特點(diǎn)，同時(shí)展開平面與平面相交面、圓柱與平面相交面和圓柱與圓柱相貫面等特殊形面的噴涂成膜研究，以解決特殊形面噴涂成膜難題。

3 研究展望

根據(jù)特殊形面噴涂成膜的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，結(jié)合影響噴涂成膜質(zhì)量的因素眾多，作者認(rèn)為特殊形面噴涂成膜的研究方向和總體趨勢可以歸納為以下3個(gè)方面：

a. CFD是研究特殊形面噴涂成膜的主要方法?；诮?jīng)驗(yàn)公式的成膜模型因過于簡化，進(jìn)行特殊形面噴涂成膜仿真時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大誤差，且模型的建立依賴大量的物理實(shí)驗(yàn)，人工和時(shí)間成本要求較高;基于CFD的成膜模型，是從噴涂成膜的本質(zhì)機(jī)理出發(fā)，可以詳細(xì)地分析噴涂成膜過程，很好地揭示涂料成膜機(jī)理和規(guī)律，得到更準(zhǔn)確的噴霧流場特性和涂膜特性，且能節(jié)約大量的人工和時(shí)間成本，已成為研究特殊形面噴涂成膜的趨勢。

b. 建立全過程噴涂模型是研究特殊形面的發(fā)展趨勢。全過程噴涂模型包括霧化模型和成膜模型兩部分。目前，只能實(shí)現(xiàn)特殊形面成膜模型模擬。霧化后的初始噴霧流場是成膜模型的基礎(chǔ)，現(xiàn)多采用實(shí)驗(yàn)測量，測量困難且數(shù)據(jù)不足?，F(xiàn)有霧化模型也過于簡化，導(dǎo)致對(duì)涂料霧化機(jī)理和規(guī)律認(rèn)識(shí)不足，無法設(shè)置實(shí)變的噴涂霧化參數(shù)以形成理想的初始霧化流場。建立全過程噴涂模型，有助于準(zhǔn)確得到噴涂參數(shù)對(duì)涂層質(zhì)量的影響規(guī)律，通過設(shè)置合理的噴涂參數(shù)就能得到良好的成膜效果，可以極大地提高特殊形面噴涂質(zhì)量。

c. 特殊形面仍然是未來研究的重要方向。在工業(yè)實(shí)際中還存在許多特殊形面，如圓柱與圓柱相貫面、圓柱與平面相交面，在油氣行業(yè)中常見于立式油罐壁面與輸油管線的相貫面、立式油罐壁面與罐底的相交面，此類特殊形面具有形面的特殊性、結(jié)構(gòu)的突變性等特點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致涂料附著率低、涂層均勻性差和噴槍軌跡規(guī)劃難，今后仍需繼續(xù)研究這類形面，以解決工業(yè)上的噴涂難題。

4 結(jié)束語

研究特殊形面噴涂成膜，將對(duì)拓寬機(jī)器人噴涂應(yīng)用范圍、優(yōu)化噴槍軌跡規(guī)劃、控制涂層厚度、提高噴涂效率、降低工業(yè)腐蝕產(chǎn)生重要意義。為解決特殊形面噴涂成膜難題，必須在CFD成膜模型、全過程噴涂模型與其他特殊形面等方面展開深入研究。

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（收稿日期：2022-05-23，修回日期：2023-01-04）

Research Status and Outlooks on Coating Film of the Special Surface

ZHANG Fei， CHEN Yan， CHEN Shi?ming， WU Zhao?jie， JIANG Jun?ze

（Department of Oil Materials， Army Servicing University of PLA）

Abstract" "In modern anti?corrosion technologies for the industry， the air spraying enjoys high efficiency and coating quality， paint saving and environmental protection. As for the low efficiency， poor coating quality and the difficulty in planning spray gun’s trajectory while spraying the workpieces with special surfaces， the study on the formation of special surface spraying film becomes urgent. In this paper， pros and cons and application conditions of the method to model coating formation on special surfaces were introduced， and the research status of characteristics of the coating formation there was analyzed to indicate that， the film forming model， the whole process spraying model and the special surface based on CFD would be important direction and content of the future research.

Key words" " industrial anti?corrosion， special surface， spraying films， CFD

基金項(xiàng)目：重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KJZD?M201912901）;重慶市教委計(jì)劃項(xiàng)目（KJZD?K202012903）。

作者簡介：張飛（1994-），碩士研究生，從事噴涂機(jī)器人及噴涂成膜仿真研究。

通訊作者：陳雁（1972-），教授，從事噴涂機(jī)器人及軍事裝備理論與技術(shù)研究，yansohucom@sohu.com。

引用本文：張飛，陳雁，陳詩明，等.特殊形面噴涂成膜研究現(xiàn)狀與展望[J].化工機(jī)械，2023，50（1）：16-22.