高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测

目的提出一种由连续叠加热失配应力和曲率淬火应力组成的新型涂层表面残余应力预测模型,用于预测高速电弧喷涂成形过程涂层表面残余应力值。方法基于高速电弧喷涂层逐层叠加成形基本假说,利用力和力矩平衡原理,分别建立了涂层逐层叠加热失配应力模型和淬火应力模型,将两模型组合后,得出喷涂过程涂层表面残余应力数值模型。结果通过与X射线衍射仪测得的不同厚度FeAlCrBSiNb涂层表面残余应力值进行比较,发现喷涂一道次时,涂层表面残余应力值为涂层形成过程中最大表面残余应力值。喷涂层厚度为500μm前后,涂层表面残余应力变化规律不同,即理论预测值与实际值随喷涂厚度的增加先减少,当喷涂厚度沉积至500μm后,理论预测值趋于有增有降的波动平稳,而实际测量值在厚度增加至1500μm后逐渐下降。结论高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测模型,可以较为准确地预测涂层形成过程中表面最大残余应力值和涂层厚度小于500μm时的涂层表面残余应力值,揭示出高速电弧喷涂层实际成形过程表面残余应力的分布规律,即随着喷涂层沉积厚度的增加,残余应力先减少而后沉积至500μm后略微增大。     

再制造电弧喷涂成形层的残余应力分析

阐述了热喷涂涂层中残余应力的产生原因,并利用XRD残余应力测试仪、纳米压痕仪、扫描电镜和X射线衍射仪研究了不同厚度和热处理温度下电弧喷涂7Cr13涂层的残余应力、弹性模量及涂层微观结构.结果表明,涂层的残余应力与厚度成正比关系.适当的热处理工艺能够释放涂层的残余拉应力,当热处理的温度在200～300 ℃之间时,涂层由拉应力转变为压应力,并随着温度的升高,压应力逐渐增大;涂层的弹性模量和热处理温度之间成正比关系.通过对涂层残余应力分布的研究,为喷涂成形较厚涂层提供了一定的理论依据和方法.     

热处理对Fe-Cr基喷涂层组织及力学性能的影响

用XRD残余应力测试仪、纳米压痕仪、扫描电镜、X射线衍射和T-11磨损试验机等方法研究了不同的热处理温度对高速电弧喷涂7Cr13涂层的残余应力分布、弹性模量、微观组织和耐磨性能的影响。结果表明,适当的热处理工艺能降低涂层的孔隙率;释放涂层的残余拉应力,当热处理的温度在225℃左右时,涂层由拉应力转变为压应力;涂层的弹性模量和热处理温度之间成正比关系。磨损试验结果表明,随着热处理温度的升高,涂层硬度逐渐增大,从而改善了涂层的耐磨性。     

ZrO2热障涂层残余应力分析

用扫描电子显微镜(SEM)观察了等离子喷涂ZrO2涂层的显微结构,并用X射线衍射法(XRD)测试了ZrO2涂层相的组成和残余应力.同时测试了激光冲击处理和激光热处理后的ZrO2涂层残余应力分布,分析了热障涂层残余应力形成机理.结果表明,等离子喷涂ZrO2涂层表面残余应力均为拉应力,其均值为179.2MPa,经激光表面处理后的ZrO2涂层残余应力均表现为压应力;热应力对涂层残余应力贡献最大,当热应力超过涂层结合强度时,涂层脱落,通过控制涂层残余应力可以提高涂层界面结合强度.     

退火热处理对高速电弧喷涂碳钢涂层组织性能的影响

采用高速电弧喷涂技术制备高碳钢涂层,并分别进行450、550和650℃保温2h的退火热处理,研究退火工艺对涂层的组织结构、相成分、残余应力及硬度的影响规律。结果表明,除了氧化物之外,高碳钢涂层在热处理前主要含有马氏体组织,450℃退火后出现了粒状渗碳体+铁素体特征的组织,550和650℃退火之后呈现块状特征的组织,且明显粗大;退火处理后涂层中的拉应力有减小的趋势;涂层硬度随着加热温度的升高而降低。因此,合适的热处理工艺可以有效地控制碳钢喷涂层的组织性能。     

等离子喷涂热障陶瓷涂层冷却累计残余应力的有限元模拟与验证

目的 为有效预测等离子喷涂热障涂层冷却过程中累积的残余应力,降低残余应力对涂层稳定性的影响,需寻求可靠的热障涂层应力检测方法。方法 利用有限元分析软件,采用生死单元法建立了等离子喷涂ZrO₂涂层的有限元模型,高斯热源模拟等离子喷涂热源工况,研究涂层冷却至室温的残余应力及其分布。使用X射线衍射法、拉曼光谱法对等离子喷涂制备的ZrO₂涂层进行残余应力检测。结果 通过有限元模拟结果可以看出,喷涂涂层冷却到室温后其中心区域的残余应力与边缘位置相比较大,主要集中在热流中心区域;每层涂层结合界面处会产生较大应力,致使应力沿涂层厚度方向变化明显。涂层的等效应力为160～220 MPa。采用X射线衍射法检测涂层存在180～185MPa残余应力。标定ZrO₂涂层的拉曼-应力因子为8.33 (cm·GPa)^-1,计算得到涂层存在残余应力为174～180 MPa。对喷涂试样进行拉伸试验后,其残余应力有一定程度的释放。结论 使用有限元能有效模拟等离子喷涂至室温时涂层内部残余应力,与XRD、拉曼光谱检测结果具有良好的匹配性,...     

电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的钨极氩弧重熔处理

采用高速电弧喷涂技术及钨极氩弧重熔技术分别制备Fe-Cr-B喷涂层及其重熔层,采用X射线衍射仪、金相显微镜、X射线残余应力测试仪、显微硬度仪、动载磨料磨损试验机、扫描电子显微镜分别对喷涂试样及重熔试样的相结构、微观组织、残余应力、纵截面硬度、耐磨性及磨损表面形貌进行观察与测试。结果表明,重熔处理后,电弧喷涂Fe-Cr-B涂层的组成由Fe基非晶和硼化物相转为Cr_2B、(Cr,Fe)_2B、α-Fe相,涂层与基体由机械结合转为冶金结合,重熔试样由表层至基体的显微组织分别是初生硼化物以及共晶组织、共晶硼化物+马氏体+奥氏体、初生奥氏体以及共晶组织、热影响区组织。重熔处理后,涂层显微硬度由689 HV0.1上升为960 HV0.1,磨损失重率由0.088 g/(cm~2·min~(-1))降为0.004 6 g/(cm~2·min~(-1))。喷涂层的磨粒磨损机制主要是微断裂,重熔层的磨粒磨损机制主要是变形磨损和微切削。     

超音速等离子喷涂层的组织及性能分析

用超音速等离子喷涂技术制备了NiCrBSi涂层,并对涂层的组织性能进行了综合分析.用扫描电镜和能谱仪分析了涂层的内部组织,用纳米压痕法测试了硬度和弹性模量,用拉伸试验法测试了涂层与基体的结合强度,用X射线应力仪测定了涂层沿厚度方向的残余应力的分布.结果表明,涂层内部比较均匀,具有较低的孔隙率和氧化物含量,涂层的纳米显微...     

反应火焰喷涂TiC-Ni功能梯度涂层温度场和残余应力场数值模拟

详细介绍了利用自蔓延反应火焰喷涂技术在钢板表面制备TiC-Ni功能梯度涂层工艺.建立了计算TiC-Ni功能梯度涂层温度场及应力场的数学模型和反应喷涂涂层结构的物理模型.采用有限元分析软件分析了自蔓延反应喷涂层沉积过程中温度场及残余应力场的分布,深入分析了实验条件对涂层温度场的影响.同时,对沿涂层厚度方向残余应力变化规律进行了模拟,并通过模拟检验了利用该方法制备的功能梯度涂层的残余应力的连续性和缓和性,并对不同喷涂速度条件下涂层残余应力场进行了模拟与比较.结果表明,不同喷涂速度对残余应力场的分布影响不大.     

纳米掺杂Al2O3基等离子喷涂涂层残余应力分析

利用逐层剥离X射线衍射法,测定了纳米粒子掺杂对Al2O3 13%TiO2(AT13)等离子喷涂涂层残余应力的影响.结果证明AT13等离子喷涂涂层残余应力分布为:陶瓷涂层部分为压应力;Al/Ni过渡层由陶瓷涂层到钢基体,由压应力过渡到拉应力;在距钢基体0.05mm处现拉应力峰值.随着纳米掺杂量的增大,陶瓷涂层及Ni/Al过渡层残余应力绝对值降低,这对改善陶瓷涂层性质是十分有益的.     

Residual stress development in cold sprayed Al,Cu and Ti coatings

Residual stresses play an important role in the formation and performance of thermal spray coatings. A curvature-based approach where the substrate–coating system deflection and temperature are monitored throughout the coating deposition process was used to determine residual stress formation during cold spray deposition of Al, Cu and Ti coatings. The effect of substrate material (carbon steel, stainless steel and aluminium) and substrate pre-treatment (normal grit blasting, grit blasting with the cold spray system and grinding for carbon steel substrate) were studied for all coating materials with optimized deposition parameters. Mainly compressive stresses were expected because of the nature of cold spraying, but also neutral as well as tensile stresses were formed for studied coatings. The magnitudes of the residual stresses were mainly dependent on the substrate/coating material combination, but the surface preparation was also found to have an effect on the final stress stage of the coating.     

电弧喷涂铁基非晶涂层摩擦磨损性能分析

采用电弧喷涂技术在低碳钢基体上制备Fe-（Cr,Ni）-（C,B）系非晶合金涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和差热分析仪对涂层的相组成、微观组织和热稳定性进行了分析,用MRH-3型高速环块磨损试验机研究涂层的干摩擦磨损行为.结果表明,涂层中含有一定量的非晶相,呈典型的热喷涂层状组织结构,孔隙率较低;涂层具有良好的热稳定性,在500℃以下使用不会发生晶化转变;涂层具有较高的显微硬度和优异的摩擦磨损性能,平均显微硬度为1 155 HV0.1,相同试验条件下,涂层的相对耐磨性能约为Q235钢的13.3倍,涂层的磨损机制主要以疲劳磨损为主.     

超音速等离子喷涂FeCrBSi涂层组织和残余应力分析

采用超音速等离子喷涂技术制备了FeCrBSi涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪等研究了涂层的微观组织和力学性能。采用X射线应力仪对不同厚度及不同温度退火后涂层的表面残余应力进行测试。结果表明涂层表面的残余应力为拉应力,且随着涂层厚度的增加而增加;对试样进行退火处理可以有效地缓和涂层表面的残余应力,随着温度的升高涂层表面的残余应力不断降低,到260℃左右变为压应力;压应力值随着退火温度的升高而变大,但当温度升高到大约400℃以上时,保持在80 MPa左右。     

(Ti,Al)N涂层应力沿层深分布的调整及大厚度涂层的制备

利用电弧离子镀技术在不锈钢基体上制备了（Ti,Al）N涂层,研究了N₂分压改变对涂层残余应力沿层深分布及相关力学性能的影响.结果表明,低N₂分压下,（Ti,Al）N涂层残余应力沿层深分布较均匀,随N₂分压的增加,涂层应力沿层深呈"钟罩型"分布,且全膜厚的应力值也明显增大;通过对涂层生长结构及微观成分分析,初步探讨了应力分布机理.随N₂分压的增加,涂层硬度会显著增加,而膜/基结合力则大幅下降;采用改变N₂分压工艺制备（Ti,Al）N涂层,可有效调整涂层残余应力沿层深分布趋势,改善其力学性能,并可成功制备厚度在130μm以上的硬质涂层.     

三种电弧喷锌防护涂层在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性

采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备出纯锌、Zn-Al合金和Zn-Al伪合金涂层。通过浸泡试验和电化学测试考察涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,并结合扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层腐蚀后的表面形貌及腐蚀产物的相结构。结果表明,在3.5%NaCl溶液中三种涂层的耐腐蚀性按Zn-Al伪合金涂层、Zn-Al合金涂层、Zn涂层的顺序依次降低。     

Structure and sliding wear behavior of 321 stainless steel/Al composite coating deposited by high velocity arc spraying technique

A typical 321 stainless steel/aluminum composite coating （321/Al coating） was prepared by high velocity arc spraying technique （HVAS） with 321 stainless steel wire as the anode and aluminum wire as the cathode. The traditional 321 stainless steel coating was also prepared for comparison. Tribological properties of the coatings were evaluated with the ring-block wear tester under different conditions. The structure and worn surface of the coatings were analyzed by scanning electron microscopy（SEM）, X-ray diffractometry（XRD） and energy dispersion spectroscopy（EDS）. The results show that, except for aluminum phase addition in the 32 l/Al coating, no other phases are created compared with the 321 coating. However, due to the addition of aluminum, the 32 l/Al coating forms a type of ＂ductile/hard phases inter-deposited＂ structure and performs quite different tribological behavior. Under the dry sliding condition, the anti-wear property of 32 l/Al coating is about 42% lower than that of 321 coating. But under the oil lubricated conditions with or without 32 h oil-dipping pretreatment, the anti-wear property of 321/AI coating is about 9% and 5% higher than that of 321 coating, respectively. The anti-wear mechanism of the composite coating is mainly relevant to the decrease of oxide impurities and the strengthening action resulted from the ＂ductile/hard phases inter-deposited＂ coating structure.     

不同体系中缺陷大小对有机涂层失效形貌的影响

分别在刷涂于铁基体、Al电弧喷涂层和Zn-Al-Mg-RE电弧喷涂层表面的有机涂层中制备了大小不同的人工缺陷,观察了各体系进行电化学交流阻抗(EIS)测试后有机涂层的失效形貌及缺陷处腐蚀产物的微观结构,并分析了各体系的失效机制.结果表明,对于在铁基体和Al电弧喷涂层表面刷涂有机涂层体系,缺陷尺寸越小,有机涂层失效越严重,主要是因为缺陷大小影响腐蚀产物向腐蚀介质中的扩散造成的;对于在Zn-Al-Mg-RE电弧喷涂层表面刷涂有机涂层的体系,缺陷尺寸大小对有机涂层失效形貌的影响不大,主要是因为在人工孔隙中生成了微观结构致密的腐蚀产物造成的.