冲蚀角对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)蒙皮涂层去除及重涂附着力的影响

为解决飞机CFRP蒙皮涂层高效去除问题,改善重涂涂层附着力,采用塑性磨料射流加工方法对CFRP蒙皮损伤涂层去除,通过分析单颗磨料的速度和冲击力,研究不同冲蚀角度下磨料对涂层的冲蚀行为,探究塑性磨料射流冲蚀角对表面形貌、去除机制、材料去除率、接触角与表面自由能及重涂涂层的附着力方面的影响。结果表明：塑性磨料对涂层的冲蚀机理为塑性变形去除,在30°～70°冲蚀角下,磨料对涂层的冲蚀模式为滑擦、耕犁和切削。随着冲蚀角的增加,颗粒的切向分力减小,法向分力增加,法向冲蚀的冲蚀模式为剪切和挤压变形去除材料去除率递减。在所选冲蚀角范围内,当冲蚀角为30°时,聚氨酯涂层的材料去除率最大。随着冲蚀角的改变,表面粗糙度、润湿性和表面自由能发生变化,当冲蚀角为70°时,重涂后的涂层附着力较好,较初始涂层附着力提高28%左右。研究成果可为飞机CFRP蒙皮涂层的高效去除及附着力的改善提供参考。     

HVOF热喷WC–Co–Cr涂层在不同攻角下的料浆冲蚀行为

用3种高速火焰热喷涂(HVOF)设备将成分相同的6种商品粉末喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基材上,制成9种WC-Co-Cr涂层。用自制射流冲蚀试验机对各涂层在15°、45°、75°和90°攻角下的料浆冲蚀行为进行研究,重点分析涂层孔隙和层状结构等缺陷在不同攻角下所起的作用。结果表明:低攻角时涂层冲蚀机制以微切削去除为主,高孔率涂层更易发生切削导致冲蚀率较高;高攻角时涂层冲蚀机制以冲击作用下裂纹萌生扩展导致涂层剥落为主,高孔率涂层有利于对冲击能量的吸收耗散,孔隙抑制裂纹扩展,而层状结构明显的涂层其裂纹更易在层间萌生和扩展,导致涂层呈片状剥落,冲蚀率更高。在试验的基础上提出了考虑缺陷的硬质涂层射流冲蚀模型,并讨论了涂层冲蚀率随攻角变化的双峰值现象。     

HVOF热喷WC-Co-Cr涂层在不同攻角下的料浆冲蚀行为

用3种高速火焰热喷涂(HVOF)设备将成分相同的6种商品粉末喷涂在0Cr13Ni5Mo不锈钢基材上,制成9种WC-Co-Cr涂层.用自制射流冲蚀试验机对各涂层在15°、45°、75°和90°攻角下的料浆冲蚀行为进行研究,重点分析涂层孔隙和层状结构等缺陷在不同攻角下所起的作用.结果表明:低攻角时涂层冲蚀机制以微切削去除为主,高孔率涂层更易发生切削导致冲蚀率较高;高攻角时涂层冲蚀机制以冲击作用下裂纹萌生扩展导致涂层剥落为主,高孔率涂层有利于对冲击能量的吸收耗散,孔隙抑制裂纹扩展,而层状结构明显的涂层其裂纹更易在层间萌生和扩展,导致涂层呈片状剥落,冲蚀率更高.在试验的基础上提出了考虑缺陷的硬质涂层射流冲蚀模型,并讨论了涂层冲蚀率随攻角变化的双峰值现象.     

喷浆角度对金属表面冲蚀的影响

利用自主研发的喷浆试验平台，对Q235板进行了30°、45°、60°和90°这4个喷浆角度下的石榴石磨料射流冲蚀试验，结合Tulsa模型研究了磨料浆流对金属表面的冲蚀情况，并用Fluent有限元软件模拟了喷浆过程。结果表明，随着喷浆角度的增大，冲蚀长度逐步递减，最长冲蚀长度约为最短冲蚀长度的2倍。不同喷浆角下材料受到的冲蚀程度明显不同，冲蚀率呈现先增后减的趋势，在45°和90°时冲蚀率峰值分别为0.0462和0.0280 kg·m^-2·s^-1;冲蚀集中率与其在冲蚀区域内所对应位置基本呈线性关系。     

冲蚀角对等离子喷涂WC-12Co涂层冲蚀磨损的影响

金属材料表面涂层在长期工作过程中,受到强风、沙尘的综合作用,使涂层表面发生冲蚀作用,造成设备失效。通过自制的干砂型常温冲蚀磨损试验机对等离子喷涂WC-12Co涂层进行冲刷试验,并结合流体力学软件FLUENT,利用试验和模拟相结合的方法研究了冲击角度对其冲蚀磨损性能的影响及其冲蚀磨损机理。结果表明:在冲蚀角度为60°时,涂层的冲蚀磨损量较大,90°次之,30°最小。30°时涂层的失效形式为微切削冲蚀,90°时涂层的失效形式为疲劳剥落。     

磨料水射流冲蚀热障涂层实验研究

通过开展磨料水射流冲蚀去除热障涂层的实验研究可知,以低于4 MPa压力的射流垂直冲蚀热障涂层时,其冲蚀孔型为"W"型。单因素实验结果表明:冲蚀孔径及孔深随着加工时间、磨粒浓度的增加而增大,当靶距为15 mm时冲蚀深度最大;热障涂层的材料去除速率比镍基高温合金基体低;冲蚀加工表面质量好,热障涂层与金属基体的界面结合处未发现分层和裂纹现象。     

钛合金及其表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜的冲蚀行为

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金表面制备了厚度为18.7 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,用45 μm白刚玉通过微喷砂试验机评价TC11钛合金及Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜在30°和90°攻角下的抗冲蚀性能,并分析其冲蚀机理.结果表明:30°攻角下,冲蚀砂量为70 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为21.88 μm,TC11钛合金基材为269.9 μm.90°攻角下,冲蚀砂量为20 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为8.95 μm,TC11钛合金基材为46.96 μm.30°攻角下,钛合金的冲蚀以微切削为主,多层膜以微切削和微断裂为主.在90°攻角下,钛合金的冲蚀以点坑冲蚀为主,多层膜以裂纹萌生扩展和点坑冲蚀的混合冲蚀为主.     

高压磨料水射流加工中材料去除机理研究

本文根据脆、塑性断裂理论,通过高压纯水射流和磨料水射流对石材冲蚀试验,对冲蚀凹坑成型机理进行了研究。结果表明,高压纯水射流只有不发散的中心射流对材料具有去除作用。高压磨料水射流对材料表面冲击时形成"倒钟"型孔,材料去除机理是在成穴力、剪切应力和水楔的共同作用下,以脆性和塑性断裂方式实现去除。磨料水射流对材料的冲蚀区分为中心射流区、成穴区和喷砂区,材料的主要体积去除量处在成穴区。磨料水射流加工孔的直径和深度随靶距的增加而增加。磨料水射流从射流中心沿径向至射流边缘流速逐渐降低,磨料浓度逐渐增大,但射流能量最高的部位既不在射流中心也不在磨粒集中的射流边缘,而是在成穴区。     

WC-Co-Cr涂层和0Cr13Ni5Mo基材的气体喷砂冲蚀行为

研究不同结构HVOF热喷WC-Co-Cr涂层和0Cr13Ni5Mo基材的冲蚀行为,重点分析高速粒子冲击下涂层孔洞和层状结构等缺陷在不同攻角下的作用,提出高攻角气体喷砂冲蚀模型,解释了WC-Co-Cr涂层和0Cr13Ni5Mo基材的冲蚀行为规律。结果表明:低攻角时,涂层与基材的损伤机制均以微切削去除为主,涂层还伴有少量剥落,WC-Co-Cr涂层的耐冲蚀性能一般优于基材,但高孔隙率涂层更易切削导致冲蚀率比基材高。随攻角增大,涂层冲蚀率呈上升趋势而基材冲蚀率下降。高攻角时,层状结构明显的涂层其裂纹更易在层间萌生和扩展导致片状剥落,高孔隙率反而有利于吸收冲击能量和抑制裂纹扩展;基材则出现严重塑性变形。在气体喷砂条件下,涂层的层状结构对法向冲击极为敏感,攻角高于45°后,WC-Co-Cr涂层的冲蚀率为基材的1.3～4.1倍。     

微磨料空气射流加工技术的发展

微磨料空气射流加工(MAJM)技术是对硬脆材料进行微细加工的一种非常有潜力的技术，特别是对复杂的三维微细结构的加工。微磨料空气射流加工技术是基于传统的喷砂技术发展起来的，通过由空气喷射磨料微粒形成高速气流冲击工件表面而去除工件材料。与其它的加工技术相比，微磨料空气射流加工具有环境友好、易于控制、无热影响区、切口质量好等优点。本文介绍了此技术的基本加工原理、特点以及加工过程中的影响因素，论述了微磨料空气射流加工的材料冲蚀机理和切口特征。重点分析了一些主要的加工参数，例如空气压力、磨料材料、尺寸、供给率、喷嘴的形状和尺寸、喷射距离以及工件材料，对切削性能和切口特征的影响。并提出了微磨料空气射流加工技术中有待进一步深入开展的研究工作。     

HVOF/HVAF制备镍基涂层的抗热腐蚀性能

氯化物腐蚀和粉尘固体颗粒冲刷是造成垃圾焚烧余热锅炉热交换部件失效的主要因素。本文采用HVOF/HVAF工艺制备镍基合金涂层,对其进行高温冲蚀及熔盐腐蚀试验,研究热喷涂涂层的耐腐蚀和冲蚀性能。结果表明:HVOF制备Ni Cr-Cr_3C_2涂层组织疏松,涂层孔隙率为5.93%±0.41%,显微硬度为(820±53)HV0.3。HVAF制备Inconel 625涂层组织致密,涂层孔隙率为0.65%±0.41%,显微硬度为(516±30)HV0.3。Ni Cr-Cr_3C_2涂层550℃,冲蚀角30°、60°和90°下涂层的冲蚀速率分别为3.20、7.19、5.32 mg/g。Inconel 625涂层550℃,冲蚀角30°、60°和90°下涂层的冲蚀速率分别为3.67、6.92、4.84 mg/g。Ni Cr-Cr_3C_2涂层熔盐腐蚀速率为Inconel 625涂层的2倍。     

冲蚀角对超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr涂层冲蚀磨损行为的影响

采用超音速火焰喷涂(high-velocity oxygen-fuel, HVOF)技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷复合涂层. 研究了涂层的显微组织、相组成以及涂层和不锈钢的冲蚀行为和机理,探讨了冲蚀角与耐冲蚀性能的关系规律. 结果表明,涂层组织结构致密均匀,主要由Cr₃C₂以及少量的Cr₇C₃, Cr₂₃C₆和(Ni, Cr)固溶体相组成. Cr₃C₂-NiCr涂层的耐冲蚀性能随着冲蚀角的增大而减小,在低冲蚀角下涂层的破坏形式主要为微切削,重量损失较低,表现出优异的耐冲蚀性能. 随着冲蚀角的增大,冲蚀沙粒对涂层产生垂直冲击作用,粘结相与硬质相之间产生裂纹导致粘结相脱落,硬质相失去粘结相的支撑作用而裸露出来,在冲蚀沙粒的持续攻击下剥落,形成许多小冲蚀坑. 随着剥落硬质相数量的增加,小冲蚀坑逐步发展为大冲蚀坑,重量损失较大,耐冲蚀性能较差.     

微磨料空气射流加工玻璃微流道结构研究

采用微磨料气射流加工技术(MAJM),对普通硅酸盐玻璃进行微流道槽加工.对通过掩膜加工与非掩膜加工效果相比较,得出在掩膜加工过程中,由于磨料的二次反弹冲蚀作用,所加工出的槽,槽壁较陡;在掩膜加工过程中,改变喷射距离、喷射压力、喷嘴移动速度和磨料流量四个加工参数,对加工槽的轮廓、加工过程中的材料去除率、磨料的流量效应进行研究,得出当喷射距离为4 mm,喷射压力为0.5 MPa,喷嘴移动速度为1.0 mm/s,磨料流量为0.117 g/s时,加工效果最好.通过倾斜喷射与掩膜加工相结合,研究了磨料磨粒的二次反弹冲蚀现象,为复杂三维微结构的加工,提供了一种新方法.     

微磨料水射流加工脆性玻璃的冲蚀机理研究

微磨料水射流加工技术正成为制造微细结构零件重要的经济高效的微细加工技术。作者在玻璃上进行微磨料水射流微细槽加工的实验基础上,对微磨料水射流加工的表面形貌、材料冲蚀去除机理及加工工艺性能进行了研究。结果表明,玻璃加工表面沿着槽道的方向形成了波纹状形貌,呈非对称或对称的波形,波纹表面很光滑,波纹图案沿着射流冲击区的径向方向发展。由于黏性流体的阻滞作用,脆性玻璃在微磨料水射流加工过程中,在黏性流区域没有发现任何裂纹,材料的冲蚀去除主要是以塑性断裂的方式为主,形成了光滑的加工表面。适当地控制加工工艺参数,在低压下,微磨料水射流加工是一种用于脆性材料上微细通道的加工切实可行的方法,并可获得良好的加工表面质量。     

高速电弧喷涂FeCrAl涂层和3Cr13涂层的冲刷腐蚀性能

采用液/固两相流冲刷腐蚀磨损实验机.研究了高速电弧喷涂FeCrAl涂层和3Cr13涂层在酸性浆料中不同试验条件下的冲蚀行为,并用扫描电镜分析了涂层冲蚀磨损后的表面形貌.结果表明:同一冲刷角度下,冲刷速度的提高加剧了涂层的损伤,FeCrAl涂层的冲蚀失重率远小于3cr13涂层,耐蚀性好的FeCrAl涂层以磨损为主,而耐蚀性差的3Cr-13涂层以腐蚀为主;同一冲刷速度下,两涂层均在冲蚀角为30°时失重率最高.低冲刷角度时,冲刷磨损机理以切削为主;高冲刷角度时,既有切削作用也有冲击作用.     

高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

目的 随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法 依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验法,使用空气射流冲蚀试验机,开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验,并利用三维显微镜、扫描电镜（SEM）等设备,对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果 冲蚀速率随冲击角（15°～90°）增加而减小,随颗粒冲击速度（107～149 m/s）增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小,几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小（在60°冲击角附近最大）,随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响,不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角（15°、30°）下以犁削机制为主,在中等冲击角（45°）下以犁削、压实与开裂的混合机制为主,在高冲击角（60°、90°）下则以压实与开裂机制为主。结论 高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率,颗粒冲击速度通过颗粒冲击...     

HVOF/AC-HVAF热喷WC-10Co-4Cr涂层的耐冲蚀性能

采用高速火焰热喷涂系统（HVOF/AC-HVAF）在0Cr13Ni5Mo不锈钢表面制备了三种组织结构不同的WC-10Co-4Cr涂层,通过料浆罐冲蚀试验机对三种涂层和0Cr13Ni5Mo基材的冲蚀行为和冲蚀机制进行了研究,重点分析涂层组织与耐冲蚀性能的关系. 结果表明,三种涂层的耐冲蚀性能均优于0Cr13Ni5Mo基材,冲蚀失重仅为基材的6% ~ 35%,组织越均匀、致密的涂层耐冲蚀性能越优. 低攻角冲击时,涂层冲蚀机制以粘结相去除,WC颗粒剥落为主,基材冲蚀机制主要为微切削;高攻角冲击时,涂层冲蚀机制以涂层剥落为主,基材的冲蚀机制主要为变形磨损. 涂层的组织决定了不同试验条件下涂层的冲蚀行为和冲蚀机制.     

基于LS-DYNA仿真的射流加工参数分析

目的通过LS-DYNA对磨料射流冲蚀切削进行仿真,研究相关工艺参数对切削参数的影响。方法采用磨料水射流对Al_2O_3陶瓷进行了单点冲蚀仿真和切削仿真研究,其中水和磨料粒子采用SPH方法建模,氧化铝陶瓷工件采用FEM方法建模,并通过SPH-FEM耦合算法,实现射流冲蚀切削过程的仿真。结果分析射流冲蚀过程仿真和切削过程仿真可知,射流加工前期,由于射流中磨粒碰撞与反弹,使壁面成不规则"V"型。初始阶段,切深随计算时间呈线性增加,同时壁面对磨粒产生制约作用,从而使加工处的孔深基本不再增加。由于磨粒在冲蚀处壁面底部的冲蚀作用,使凹坑底部宽度增加并迅速趋于稳定。同时切削仿真与冲蚀仿真也存在一定区别,主要由于切削过程设定了移动速度。结论将仿真结果与实验结果进行比较可知,切削深度随着泵压的增大而成线性增大,切深随磨料流量的增大而增大,随靶距和横移速度的增大而减小。其中切深与磨料流量、靶距、横移速度均为非线性关系,工件最大切深与计算时间不呈线性关系增长。     

等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层组织和冲蚀性能的研究

利用大气等离子喷涂技术(APS)在Q235钢基体上制备微米级Al_2O_3-13%TiO_2涂层,研究不同电流下涂层组织形貌、成分、显微硬度、冲蚀性能。研究表明,电流在400A时涂层组织形貌较好,无明显裂纹,显微硬度达1 376 HV。电流增加或者减小都会降低涂层的显微硬度,且电流过高涂层裂纹增多。涂层以30°冲蚀角时主要表现为切削磨损,增加冲蚀角度冲蚀磨损会增大,脆性断裂现象会更明显。冲蚀角度为90°时冲蚀量最大,主要表现为脆性断裂。     

FeCoCr0.5NiBSix高熵合金涂层的高温冲蚀磨损性能

目的研究FeCoCr_(0.5)NiBSi_x高熵合金在高温冲蚀下的表面形貌、冲蚀机理和磨损性能。方法在45钢基体上用激光熔覆方法制备FeCoCr_(0.5)NiBSi_x(x=0.1～0.4)高熵合金涂层,将不同Si含量的FeCoCr_(0.5)NiBSi_x高熵合金涂层分别在室温和650～900℃下进行冲蚀试验。利用SEM和EDS等方法分析涂层截面和表面冲蚀形貌,同时测试涂层的显微硬度和冲蚀磨损率。结果 FeCoCr0.5NiBSix涂层由简单FCC固溶体和硼化物两相组成,Si元素易固溶在FCC固溶体中。FeCoCr0.5Ni BSix涂层的冲蚀形貌在低角度冲蚀下以犁沟和切削为主,而在高角度下则出现挤压坑。随着Si添加量的增加,FeCoCr_(0.5)NiBSi_x涂层的硬度先下降后升高,这与涂层在低角度下的冲蚀磨损率规律相反,而与高角度下的规律一致。Fe CoCr0.5NiBSix涂层的冲蚀磨损规律正好与304不锈钢相反,其冲蚀磨损率均随着冲蚀攻角和温度的增加而明显增大,30°攻角下呈现出最小的冲蚀磨损率(8.2 mg/cm2)。结论 FeCoCr0.5Ni BSix涂层的冲蚀磨损机理类似于脆性材料,低角度下以切削和犁沟破环形式为主,高角度下则以挤压破环和脆性破碎形式为主。Fe Co Cr0.5Ni BSix涂层在低角度下的冲蚀磨损性能明显好于304不锈钢。