基于均匀设计的NiCr-Cr_3C_2超声速等离子喷涂工艺参数优化

运用均匀化设计方法研究超声速等离子工艺参数对涂层的孔隙率和显微硬度的影响。利用逐步回归的数学方法回归分析喷涂电压、喷涂电流、氩气流量和喷涂距离对孔隙率、显微硬度的综合作用。回归分析表明,三次多元多项式和二次多元多项式分别适合于表征上述工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响规律。对孔隙率回归方程和显微硬度回归方程进行数学处理并分析表明,超声速等离子喷涂NiCr-Cr3C2的最佳工艺参数对应的喷涂电压、喷涂电流、氩气流量和喷涂距离分别185V,375 A,110 L/min和107 mm,该参数下的涂层孔隙率为1.07%,显微硬度值为1 097 HV0.3。经验证,孔隙率及显微硬度回归方程分别适合于表征喷涂电压、喷涂电流、氩气流量和喷涂距离等工艺参数与NiCr-Cr3C2涂层孔隙率及显微硬度的关系。     

等离子喷涂NiCrBSi涂层接触疲劳过程中残余应力变化规律研究

采用超声速等离子喷涂技术在45钢基体上制备NiCrBSi合金涂层,涂层整体结构致密,含有少量微缺陷。使用球盘式接触疲劳试验机在接触应力为1.86 GPa,转速为1 500 r/min的条件下对涂层试样进行接触疲劳试验,得到涂层的接触疲劳寿命为9.0×105周次;同时建立Weibull失效概率图,通过该图可以直观地得到在同一工作条件下,涂层任意循环次数的失效概率。测量涂层不同疲劳阶段的残余应力,结果表明:一旦进行接触疲劳试验,其残余应力形式由拉应力迅速转化为压应力,在整个疲劳过程的前半段,应力增强较为缓慢,在疲劳过程的后半段,应力值迅速增大,疲劳过程的中期成为了应力变化的转折点。根据这一规律,可以有效地判定涂层处于疲劳过程的哪个阶段,从而为预防涂层的突然失效提供了一种新的手段。     

不同喷涂工艺制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层表面自由能与冲蚀磨损性能研究

采用接触角测量仪和冲蚀磨损试验机等设备,研究超声速等离子喷涂与普通大气等离子喷涂两种技术制备的Al_2O_3-13%TiO_2涂层的表面自由能和冲蚀磨损性能,并对涂层的显微硬度、孔隙率及成分进行检测分析。研究结果表明,普通大气等离子喷涂技术制备的涂层,其表面和内部结构疏松,孔隙率及显微硬度分别为6.653%和836.93 HV0.1。而超声速等离子喷涂技术制备的涂层,孔隙率及显微硬度分别为3.467%和1 078.68 HV0.1,相比普通大气等离子喷涂而言,超声速等离子喷涂制备的涂层整体性能较为优异。通过对两种涂层的结构和表面自由能分析发现,超声速等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层由于结构致密、表面自由能较低而具有较为出色的冲蚀磨损性能。     

纳米复合镀层接触疲劳性能研究

利用电刷镀技术制得了n-Al2O3/Ni和n-ZrO2Ni纳米颗粒复合电刷镀层。测试了复合镀层的显微硬度和接触疲劳寿命,分析了载荷和退火处理对镀层疲劳寿命的影响。结果表明,复合镀层具有较高的显微硬度,载荷为60N和140N时,n-Al2O3/Ni复合镀层具有较高的疲劳寿命,而n-ZrO2Ni复合镀层的寿命较低。接触疲劳寿命随载荷的增加而降低,退火处理使n-Al2O3/Ni复合镀层的疲劳寿命显著降低,而使n-ZrO2/Ni复合镀层的疲劳寿命大幅度提高,是镀态时的3.8倍。n-ZrO2/Ni复合镀层的滚道面呈脆性剥落,而退火后呈塑性变形特征。     

等离子弧功率对Al2O3-13wt％TiO2涂层组织与磨损性能的影响

采用大气等离子喷涂方法在Q235钢基体上制备了不同等离子弧功率的Al2O3-13wt％TiO2涂层,粒度为(20～40)μm.采用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪等对涂层微观形貌、相组织结构进行表征,测定了涂层截面孔隙率、沉积厚度、显微硬度以及干摩擦磨损性能.等离子弧功率为29640W时涂层质量较好,截面显微硬度达1145 HV0.2、沉积厚度为338μm,孔隙率为3.9％,干摩擦磨性能最佳.在较大载荷下犁沟效应明显,涂层失效形式表现为颗粒剥落、磨粒磨损.载荷减小时,涂层微观脆性断裂显著,磨损失效形式为疲劳剥落和显微犁削.     

基于响应曲面法优化大气等离子喷涂Y2O3涂层工艺

以自制的高纯Y₂O₃粉为原料，借助大气等离子喷涂工艺在A6061铝合金表面制备Y₂O₃涂层，基于响应曲面法构筑了相应的响应曲面图，分析了喷涂电压(60～80 V)、喷涂电流(500～600 A)和喷涂距离(100～120 mm)的交互作用对涂层硬度和孔隙率的影响，优化了等离子喷涂工艺。结果表明：基于响应曲面法建立了涂层显微硬度和孔隙率的二次数学模型；模型预测Y₂O₃涂层的优化工艺参数为喷涂电压78 V、喷涂电流500 A、喷涂距离120 mm,涂层的显微硬度和孔隙率分别为633.28 HV和3.22%,与试验值的相对误差分别为1.92%和1.26%,验证了模型的准确性。优化工艺下制备的涂层表面粗糙度为5.733μm,结合强度为25.6 MPa。     

基于最弱环理论的缺口件概率疲劳寿命预测方法

基于最弱环理论和光滑试样疲劳寿命的Weibull分布,建立了一种缺口件概率疲劳寿命预测方法。该方法首先基于最弱环理论和光滑试样的疲劳强度分布,通过定义缺口件的Weibull有效应力,建立了缺口件在给定循环载荷下的疲劳失效概率计算公式。基于Weibull有效应力和光滑试样的疲劳应力-特征寿命方程,可计算得到给定循环载荷时缺口件的特征疲劳寿命,进一步根据光滑试样的Weibull疲劳寿命分布可最终获得缺口件在给定循环载荷下的疲劳寿命分布。采用上述方法对TC4缺口试样进行了概率疲劳寿命预测,并与局部应力应变法预测结果进行了对比。结果表明:局部应力应变法预测结果过于保守,本文方法预测精度较高,50%失效概率时的疲劳寿命预测结果与缺口试样试验均值寿命吻合很好,10%和90%失效概率时的疲劳寿命预测结果基本分布在试验均值寿命的两倍分散带之内。     

超音速火焰喷涂制备WC-10Co-4Cr涂层工艺参数的优化

采用超音速火焰喷涂(HVOF)系统在Q235钢表面制备了WC-10Co-4Cr涂层,用正交试验方法研究了喷涂距离、氧气流量、煤油流量等工艺参数对涂层孔隙率和显微硬度的影响。结果表明:氧气流量是影响涂层孔隙率和显微硬度的最显著因素,煤油流量和喷涂距离的影响较小;最佳工艺参数为氧气流量897L·min-1、煤油流量0.38L·min-1、喷涂距离300mm,在此工艺参数下制备涂层的孔隙率为0.31%,显微硬度为1 323HV。     

降低等离子喷涂涂层孔隙率的研究进展

等离子喷涂涂层具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异性能,已广泛应用于表面防护领域。孔隙是等离子喷涂涂层的重要结构缺陷,孔隙过多会导致涂层过早脱落失效,缩短其服役寿命,所以孔隙率是评定涂层质量的重要指标。简单介绍了孔隙形成的机理、影响因素以及孔隙对涂层性能的影响,从优化喷涂工艺参数、激光重熔处理、改进喷涂材料等方面对降低等离子喷涂涂层孔隙率的研究现状进行了综述,并对等离子喷涂涂层发展中存在的问题及发展方向进行了总结。     

等离子加工工艺选择与热锻模覆层的制备

采用等离子喷涂技术和喷焊技术,制备热锻模模膛表面耐热层,以W_6Mo_5Cr_4V_2高速钢为基体,用SiC含量为30%的Ni_(60)-SiC粉末,制备Ni基SiC涂层。通过正交试验选择出合理的加工工艺。主要对涂层进行了宏观形貌分析、显微组织分析和显微硬度测试,并对涂层进行热物性参数检测。结果表明,采用喷焊方法得到的涂层性能优于喷涂得到的涂层,热物性能够满足锻模的工作要求。     

Influence of undercoating on rolling contact fatigue performance of Fe-based coating

The aim of this paper was to address the influence of undercoating on the rolling contact fatigue (RCF) performance of coatings. The Fe-based alloy and Ni/Al alloy were deposited on substrates as surface coating and undercoating by plasma spraying. The failure modes were investigated for two kinds of coatings. RCF performances were compared using Weibull distribution plot. The results showed undercoating played an important role on increasing RCF life of coating for the higher bond strength, and decreasing the scatter of RCF life data. The deposited undercoating could influence the failure mode of coating and prevent the occurrence of catastrophic delamination.     

超硬涂层零件滚动接触疲劳加速实验方法研究

提出了一种新的加速超硬涂层零件滚动接触疲劳失效的实验方法,并给出了机制模型及机制分析;采用该方法,在超硬涂层材料滚动接触疲劳实验机上,对纳米超硬材料涂层轴承滚动接触疲劳失效行为开展了加速疲劳实验和常规疲劳实验的对比实验研究。实验结果表明:该方法能取得与常规疲劳实验方法疲劳行为相同的实验结果;加速疲劳实验加速比约为3,加速疲劳实验方法十分有效地节省了疲劳实验中消耗的时间。该方法是一个适应于评价超硬涂层零件滚动接触疲劳性能及研究其失效机制的新方法。     

基于两参数Weibull分布的概率疲劳S-N曲线模型

发展了基于两参数Weibull分布的概率疲劳S-N曲线模型及构建方法,用于描述随机滚动接触疲劳应力幅-寿命关系。除考虑数据分散性的统计分布规律外,模型还考虑样本数量相关的寿命置信度预测效应, 引入最小正态寿命的置信下限评价。Weibull分布的尺度参数和形状参数,寿命置信度评估参数,以及概率S-N曲线的指数,全部由试验数据来确定。G20CrNi2Mo轴承钢的滚动接触疲劳试验数据的分析证实所提出方法的可应用性。并且证实该滚动接触疲劳寿命的分布规律,宜采用包括Weibull分布在内的有偏统计模型来描述。     

A separation of experimental study on coatings failure signal responses under rolling contact

The objective of present study is to address the signal responses of the acoustic emission (AE), vibration and torque in rolling contact fatigue (RCF) tests of the coatings. The Fe-Cr alloy coatings were deposited using plasma spraying technique. The AE, vibration and torque sensors were assembled to detect the coating failures during the RCF tests, respectively. The results show the signal responses of the vibration and torque accurately indicate the RCF failures of the coatings, but based on the coating losses. The AE signals can sensitively monitor fatigue fractures prior to the formation of the final failure.     

超硬涂层材料滚动接触疲劳试验机的研制

在总结分析目前国内外表面超硬涂层零件接触疲劳失效行为评估技术的基础上，依据超硬涂层零件接触疲劳失效机制模型，自主研制了一种超硬涂层材料滚动接触疲劳试验机。介绍了该试验机的设计原理和特殊功能，采用该试验机对51306纳米超硬材料涂层轴承滚动接触疲劳失效行为进行了试验评定。试验证明所研制的超硬涂层材料滚动接触疲劳试验机智能检测控制系统能够动态探测诊断涂层轴承表面初始疲劳裂纹并实现急停，可捕捉试验轴承表面疲劳初始状态，为超硬涂层零件接触疲劳失效机制分析提供可靠的试验依据。     

高碳贝氏体轴承钢滚动接触疲劳性能的研究

以GCr15Si1Mo贝氏体轴承钢为研究对象,在油润滑条件和无润滑条件下,对不同初始碳化物体积分数的试样进行滚动接触疲劳试验,采用扫描电镜观察试验前后试样的表面形貌和碳化物分布,并通过Weibull曲线确定试样滚动接触疲劳性能的优劣性。结果表明,在无润滑条件下,碳化物体积分数为1.9%的试样滚动接触疲劳性能优于碳化物体积分数为5.1%的试样。在油润滑条件下,贝氏体轴承钢的滚动接触疲劳性能的优劣性依次为：无初始碳化物试样、碳化物体积分数为5.1%试样、碳化物体积分数为1.9%试样。碳化物作为基体的硬质相,很容易成为疲劳源,无初始碳化物的贝氏体轴承钢的滚动接触疲劳性能优于有碳化物的贝氏体轴承钢;碳化物脱落后的凹坑增大了润滑油和试样表面的粘着力,有利于增加油膜厚度,从而提高滚动接触疲劳寿命。     

铝基体等离子喷涂NiCrAlCo-Y2O3涂层工艺的优化

对喷涂距离、电流、主气流量和辅气流量四个等离子喷涂主要参数设计了四因素三水平的正交试验,研究了工艺参数对在铝基体上喷涂NiCrAlCo-Y2O3涂层的结合强度的影响,并对工艺优化前后的涂层性能进行了分析。结果表明：影响涂层与铝基体结合强度的因素主次顺序是电流、喷涂距离、主气流量和辅气流量;工艺优化后涂层的最大结合强度达到55．1MPa。     

超硬涂层轴承的滚动接触疲劳试验

介绍了超硬涂层轴承滚动接触疲劳试验机的原理及功能,并对表面涂层的51306型轴承滚动接触疲劳失效进行了试验分析。通过对影响涂层接触疲劳破坏的几个重要参数的动态检测与控制,试验成功捕捉到了超硬涂层轴承表面疲劳裂纹的初始形态,分析了涂层轴承接触疲劳失效机理,为涂层轴承疲劳寿命评估提供了依据。