Powder Consolidation Using Cold Spray (eBook)

Process Modeling and Emerging Applications

(Autor)

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2016 | 1st ed. 2017
XVII, 127 Seiten
Springer International Publishing (Verlag)
978-3-319-29962-4 (ISBN)

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Powder Consolidation Using Cold Spray - Atieh Moridi
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This book first presents different approaches to modeling of the cold spray process with the aim of extending current understanding of its fundamental principles and then describes emerging applications of cold spray. In the coverage of modeling, careful attention is devoted to the assessment of critical and erosion velocities. In order to reveal the phenomenological characteristics of interface bonding, severe, localized plastic deformation and material jet formation are studied. Detailed consideration is also given to the effect of macroscopic defects such as interparticle boundaries and subsequent splat boundary cracking on the mechanical behavior of cold spray coatings. The discussion of applications focuses in particular on the repair of damaged parts and additive manufacturing in various disciplines from aerospace to biomedical engineering. Key aspects include a systematic study of defect shape and the ability of cold spray to fill the defect, examination of the fatigue behavior of coatings for structural applications, and a novel working window at subcritical conditions to obtain porous structures. This book is exceptional in scope, and its review of finite element modelling at different length scales sheds light on future design and process improvement in emerging applications such as structural repair, metal additive manufacturing and metal foam design.

Preface 7
Acknowledgments 9
Contents 10
Nomenclature 13
1 Introduction 16
1.1 Cold Spray Coating-Basic Principals 16
1.2 Cold Spray Apparatus 17
1.3 Materials for Cold Spray 19
1.3.1 Metals 19
1.3.2 Metal Matrix Composites 23
1.3.3 Ceramics 25
1.3.4 Polymers 26
1.3.5 Nanostructured Powders 28
1.3.6 Path Forward 29
References 31
2 Experiments 35
2.1 Surface Treatment 35
2.1.1 Cold Spray Coating 35
2.1.2 Shot Peening 35
2.2 Characterization 36
2.2.1 Micro-Structural Observation 36
2.2.2 Hardness 36
2.2.3 XRD Measurement of Residual Stress 37
2.2.4 Roughness Measurement 40
2.2.5 Fatigue Test 42
2.2.6 Bond Strength and Tubular Coating Tensile Test 43
2.2.7 Contact Angle Measurement 45
References 45
3 Modeling Cold Spray 47
3.1 Impact Phenomenon: Lagrangian Approach 47
3.1.1 Background 47
3.1.2 Concluding Remarks 50
3.2 Impact Phenomenon: Hybrid Lagrangian-Analytical Approach 50
3.2.1 Analytical Model 51
3.2.2 Finite Element Simulation 54
3.2.3 Calculating Critical and Erosion Velocities 57
3.2.4 Results and Discussion 58
3.2.5 Concluding Remarks 63
3.3 Eulerian Simulation 64
3.3.1 Fundamental Assumption 65
3.3.2 Eulerian Model, Initial and Boundary Conditions 65
3.3.3 Material Behavior 66
3.3.4 General Deformation Behavior 67
3.3.5 Plastic Strain 69
3.3.6 Temperature 70
3.3.7 Material Flow Velocity 72
3.3.8 Discussion 73
3.3.9 Concluding Remarks 74
3.4 Damage Based Simulation of Consolidated Coating 75
3.4.1 Indentation Across Size Scales 75
3.4.2 Finite Element Model of Consolidated Coating 78
3.4.3 Results and Discussion 82
3.4.4 Concluding Remarks 86
References 87
4 Applications 90
4.1 Repair 90
4.1.1 Cavity Filling Using Cold Spray 92
4.1.2 Fatigue Behavior for Structural Applications 95
4.1.3 Hybrid Treatment for Fatigue Life Enhancement 101
4.2 Additive Manufacturing 112
4.2.1 Cold Spray, a Low Temperature, Solid State, Additive Manufacturing Process 114
4.2.2 Challenges 115
4.2.3 Concluding Remarks 117
4.3 Porous Coating/Cellular Structure by Subcritical Cold Spray 118
4.3.1 New Deposition Window for Cold Spray 119
4.3.2 Materials and Methods 119
4.3.3 Microscopic Observation 120
4.3.4 Cohesion Strength and Fracture Analysis 121
4.3.5 Surface Characterization 123
4.3.6 Concluding Remarks 124
4.4 Cold Spray to Mitigate Corrosion 124
4.4.1 Deposition Temperature and Pressure 125
4.4.2 Particle Size and Coating Thickness 127
4.4.3 Carrier Gas 128
4.4.4 Post Treatment 129
4.4.5 Co-Deposition of Metals/Alloys with Ceramics/Intermetallics 130
4.4.6 Path Forward 132
References 134

Erscheint lt. Verlag 10.11.2016
Reihe/Serie PoliMI SpringerBriefs
SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology
Zusatzinfo XVII, 127 p. 52 illus., 20 illus. in color.
Verlagsort Cham
Sprache englisch
Themenwelt Technik Maschinenbau
Schlagworte Additive Manufacturing • Cold Spray • Critical Velocity • Erosion Velocity • Fatigue Behavior • finite element simulation • Porous Coating/Cellular Structure
ISBN-10 3-319-29962-X / 331929962X
ISBN-13 978-3-319-29962-4 / 9783319299624
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