Effect of Brazing Coating Induction Parameters on Temperature FieldEI北大核心CSCD

重熔处理技术作为提高基体与涂层界面结合强度的方法之一,具有加热速度快、工作环境清洁等优点,但仍存在热影响偏大时造成基体损伤的风险。以感应重熔涂层为研究对象,建立二维有限元传热模型,研究涂层感应重熔过程中的温度场变化规律。以 TC11 钛合金基体表面感应重熔钛基涂层 Ti49Zr49Be 为典型材料,研究发现：集肤深度分别为 4.0 mm、1.5 mm 和 0.6 mm 时,三种集肤深度下涂层熔化界面推移方式均不同,且基体热敏感温度区深度和持续时间随着集肤深度的减小呈现递减趋势;感应重熔功率分别为 35 kW、45 kW 和 55 kW 时,发现界面推移方式相同,均为涂层表面、涂层 / 基体界面处向涂层内部双向推移,且基体热敏感温度区深度和持续时间随加热功率的增加呈现递减的趋势。涂层感应重熔过程传热模型和温度场变化规律研究表明,增大功率、减小集肤深度有助于工程应用中抑制基体热影响。     

钢基表面热喷镍冷却过程中热力耦合场的三维有限元分析

以某钢基表面热喷镍工艺为例,对凝固冷却过程进行了简化和合理假设,基于ANSYS平台,建立了热力耦合场的三维有限元模型并进行了求解,获得了应力场和温度场分布规律,分析了涂层上某些关键点的温度和应力随时间变化的情况,讨论了涂层厚度对涂层/基体界面应力的影响.结果表明,凝固冷却时,涂层温度场沿中心向外边缘逐渐降低,随时间延长呈下降趋势;基体温度场随时间的变化呈先增加后降低趋势;涂层主要承受残余压应力,随涂层厚度增加,残余应力呈增大趋势.     

圆柱体工件高频感应熔涂温度场数值模拟

采用有限元法中的电磁-热耦合技术,建立了感应熔涂温度场模型,研究了感应熔涂温度场的分布、变化规律及影响因素.结果表明,熔涂过程中,电流频率、密度和加热时间都对温度场有明显影响.此外,高频电流下,高温趋于熔覆层,是感应熔涂的一个明显特点.     

Ti-6Al-4V基体上等离子喷涂羟基磷灰石涂层的热-力耦合（英文）

在考虑了温度与变形之间的相互作用后,对经典的Fourier瞬态热传导方程进行了修正,并采用适合于高温及高应变率条件下的热弹塑性方程作为本构模型,从而建立了在Ti-6Al-4V基体上等离子喷涂羟基磷灰石涂层这一独特条件下的热-力耦合模型。据此,采用有限元方法对温度场和残余应力场进行了耦合求解。模拟了基体预热温度对涂层各个残余应力分量的影响。此外,为了能得到定量的比较,还采用了"材料去除"的实验技术测试了涂层在界面处的残余应力。结果表明:计算结果与实验结果吻合;在界面的边缘处有明显的应力集中;适当提高基体的预热温度对于减少残余应力是有帮助的。     

流-固-热多工况耦合作用下梯度复合涂层应力分布仿真分析

针对复合涂层的现有仿真方法多基于单一物理场的影响,不能反映多物理场耦合作用等实际工况下的力学性能。以航空发动机附件机匣的典型工况环境为背景,建立描述流-固-热耦合作用下梯度复合涂层各物理参数变化的数学模型,计算涂层不同分布方式下其内部的von Mises应力分布。结果表明,过渡层材料组分的渐变方式对涂层热应变和层内von Mises应力分布有较大影响,以航空发动机附件机匣中某型花键副为例,在施加实际工况下的载荷和温度条件后,温度场引起的热应力较载荷-润滑引起的应力更大,在润滑、热场和载荷的耦合作用下,三种分布方式的涂层最大应力均位于表层,随梯度的增大逐渐向基体扩散;梯度增大的过渡方式在涂层内可以获得最小的最大vonMises应力。在所关注的温度范围内,与梯度减小的过渡方式相比,使用梯度增大的过渡方式可使最大vonMises应力减小14.5%。所建立的仿真方法可模拟近似实际工况,研究结果可用于指导梯度复合涂层的设计和制备。     

Ni-Cr-Al 涂层搅拌摩擦加工的作用机制

目的对热喷涂涂层进行表面改性。方法利用搅拌摩擦加工技术多道次加工制备复合层,分析受影响区涂层和基体的显微组织、元素扩散、显微硬度变化规律。结果形成了均匀致密且细晶化、涂层与界面消失、靠近涂层部分基体发生动态再结晶的复合层。从涂层到基体形成了有层次的260μm厚度渐变影响区,依次为:BZ,RLS,FRZ,ECZ。温度场和塑性变形的耦合作用为涂层和基体元素互扩散提供了有利通道,发生了快速元素互扩散。细晶强化和元素扩散共同作用使显微硬度显著提高,机械性能得到改善。结论搅拌摩擦加工技术能有效改善热喷涂涂层的组织和性能。     

高硬度镍基自熔合金涂层高频感应重熔研究

在碳钢表面通过高频感应重熔工艺制备镍基合金熔覆层.用扫描电镜对熔覆层组织特征进行观察分析,用显微硬度测试仪进行硬度测试,与Ni60氧-乙炔火焰喷焊涂层进行了对比.结果表明:感应重熔工艺质量优良、速度快,并且对基体组织及力学性能无大影响;高频感应重熔后涂层与基体呈冶金结合,在涂层与基体之间形成了扩散转移层;熔覆层组织致密、气孔率小、硬度高.     

感应熔覆Invar36/Ni60复合涂层的温度场模拟及试验验证

采用有限元方法模拟了感应熔覆Invar36/Ni60复合涂层的温度场,并进行了试验验证,分析了不同工艺参数对温度分布的影响规律,研究了温度分布与涂层质量的关系。模拟结果表明:Invar36/Ni60复合涂层温度场的最高温度出现在基体表层附近,电流密度和电源频率是影响温度场的主要因素,Invar36含量的增加会使涂层温度出现小幅下降,并使涂层内外温度差增大。为提高熔覆成功率并减少裂纹缺陷,涂层内部的温度需控制在1430~1600 ℃,对涂层进行加热时,应选择2.0×10⁷ A/m²或更低一些的电流密度,加热时间控制在24~28 s之间。     

激光重熔合成Fe-Al涂层温度场及应力场数值模拟

依据有限元建模思想,采用高斯表面热源,同时考虑相变潜热与温度的关系,应用ABAQUS软件建立了Q235钢基体上激光重熔合成Fe-Al涂层的温度场和应力场计算模型,研究了激光功率和扫描速度对温度场和应力场的影响。结果表明,提高激光功率对增大热影响区深度效果不大,反而会形成较大的熔池而使重熔表面粗糙;与激光功率相比,扫描速度对温度场影响较小;涂层与基体合金化区沿着激光扫描方向的拉应力远大于垂直扫描方向的拉应力;结合界面处的残余应力与扫描速度成正比,与激光功率成反比,且扫描速度对残余应力的影响较激光功率显著。实验结果较好地验证了模拟结果,表明所建立的温度场和应力场计算模型是正确和可靠的。     

硼酐对感应熔覆铁基合金涂层组织和性能的影响

采用添加助溶剂硼酐的铁基自熔性合金粉末和高频感应熔覆工艺在Q235钢上制备了铁基合金耐磨涂层。研究了硼酐添加量对感应熔覆涂层组织和性能的影响。结果表明,高频感应熔覆铁基涂层由热影响区、结合区和熔覆层组成,硼酐的加入使涂层与基体形成冶金结合;熔覆层的组织由放射状、枝晶状的固溶体和碳化物、硼化物等强化相组成;当硼酐添加量为1%时,涂层的组织最均匀,硬度最高,达1000 HV0.2。     

TC4钛合金表面化学镀Ni-P合金耐磨层研究

利用化学镀方法在TC4钛合金表面成功制备结合力良好的Ni-P合金耐磨层,研究了提高镀层结合力的方法,结合SEM、XRD、EDS等现代物理分析方法分析了不同温度热处理后镀层的组织结构,从而建立不同热处理温度、镀层结构与镀层硬度和耐磨性能的关系。结果表明:二次浸锌活化方法和热处理能显著提高镀层与基体的结合强度,经600℃热处理后镀层结合力达到35N。基材的硬度HV为3780MPa,磨损量为9.6mg,镀态镀层的硬度HV为5760MPa、磨损量为7.7mg。随着热处理温度升高Ni3P相增多,该相的弥散分布使镀层硬度增加,最高硬度HV达到9790MPa,但400℃后硬度降低,这是由于Ni3P相随着热处理温度的继续升高而发生偏聚,使弥散强化程度下降;镀层的磨损量随着热处理温度的升高而减小,说明耐磨性能随着热处理温度的升高而增强,600℃热处理后,虽然镀层晶粒长大、粗化及镀层硬度降低,但此时镀层晶格的完整性最佳,镀层塑性和韧性提高,所以耐磨性能最好。     

热扩散对镁合金锌铝涂层界面组织和性能的影响

选用具有较低熔点的锌作过渡层,采用热喷涂工艺在AZ91D镁合金表面制备了锌铝涂层,并分析热扩散对锌铝涂层界面组织和性能的影响.研究表明:经热扩散处理后,涂层与基体界面处形成扩散熔合区,扩散熔合区由Mg-Zn-Al金属间化合物及其固溶体组成;由于扩散熔合区的形成,使涂层的显微硬度和耐磨性能均显著提高.     

钛合金表面激光熔化沉积钛基复合材料涂层的组织及性能

通过激光熔化沉积TA15+30%TiC(体积分数)混合粉末,在TA15钛合金表面制备出钛基复合材料涂层,分析了涂层的组织、硬度及界面结合强度。结果表明,激光熔化沉积过程中原始TiC颗粒发生溶解,并在凝固过程中重新析出细小的TiC,TiC有等轴状及枝晶两种形态,涂层中存在部分未熔的TiC颗粒;涂层硬度达HRC 60;涂层与基体界面为完全冶金结合,涂层的界面结合强度大于310 MPa,抗剪切强度为330 MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现剥落现象,表明涂层与基体具有很好的相容性     

Ni基自熔合金涂层与钢基材的界面形态及其作用

对采用氧 -乙炔火焰喷焊、等离子喷涂后氧 -乙炔火焰重熔与等离子喷涂后炉内重熔三种工艺制备的WC增强Ni基自熔合金涂层与 38CrMoAl钢基材的结合界面形态的研究表明 ,在涂层熔化过程中 ,涂层与基材之间发生成分的互扩散 ,以基材中的元素Fe向熔融涂层中的扩散为主 ,其扩散程度对涂层与基材能否形成良好的冶金结合具有决定性的影响。当结合界面处的基材表层温度足够高时 ,基材中的元素Fe向涂层中的扩散量较大 ,扩散距离较长 ,在界面处就能够形成致密完整的Fe -Ni单相固溶体组织白亮层 ,使涂层与基材获得很高的结合强度     

涂覆WC-17Co涂层的Ni718合金在不同环境温度中的疲劳性能

利用超音速火焰喷涂技术在Ni718合金表面制备WC-17Co涂层.利用反复弯曲试验分析25,150,300℃条件下涂覆WC-17Co涂层Ni718合金疲劳性能,利用扫描电镜、X射线衍射仪分析涂层的断口形貌和相组成,并利用剥层法测量涂层中残余应力分布.结果表明,相同应变量条件下试样的疲劳寿命随着温度的升高而降低;循环载荷作用下裂纹由涂层表面产生,向基体方向扩展,最终形成整体断裂;室温至300℃温度范围内,涂层不会发生相变,但是随环境温度上升涂层中的残余压应力呈现下降趋势,这种趋势使得涂层中裂纹的扩展速度增加,最终导致疲劳寿命下降.     

热障陶瓷涂层材料对柴油机活塞的影响

目的研究不同陶瓷材料对活塞温度和热应力的影响。方法以氧化镁-部分稳定氧化锆陶瓷(Mg-PSZ)和氧化钇-部分稳定氧化锆陶瓷(Y-PSZ)两种材料为研究对象,在硅铝合金活塞顶部分别喷涂Mg-PSZ和Y-PSZ等离子体,分析讨论了两种不同涂层材料对活塞温度场和热应力场的影响,对比分析了有无陶瓷涂层活塞温度场和热应力场的变化。结果和无涂层活塞相比,Mg-PSZ涂层活塞和Y-PSZ涂层活塞的表面温度明显升高,其表面最高温度分别升高了50.49%和34.81%,但是对应的基体最高温度却分别下降了28.49%和17.34%。同时还发现,Mg-PSZ涂层活塞和Y-PSZ涂层活塞具有相同的温度和热应力分布,并且其活塞基体和无涂层活塞也具有相同的温度和热应力分布。结论 Mg-PSZ涂层活塞和Y-PSZ涂层活塞都会导致活塞表面温度升高,应力增大,但是Y-PSZ对基体温度影响更大,Mg-PSZ对热应力影响更大。     

喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测

目的 验证一种喷涂层下基体疲劳裂纹红外热成像识别方法。方法 综合采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,基于热波传导理论分析超声波激励下基体裂纹产生的热波与喷涂层裂纹产生的同频率热波,在向涂层表面传播过程中发生的叠加干涉效应,以及由此导致的表面热波相位偏移现象。采用数值模拟手段研究涂层裂纹热波与基体裂纹热波之间的叠加干涉规律,开展喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测试验验证该方法的有效性。结果 受到脉冲超声波激励后,基体裂纹与涂层裂纹产生的热波向表面传导过程中会发生叠加干涉效应,并导致涂层表面热波相位发生偏移,低频热波相位偏移现象比高频热波更加明显。结论 采用涂层表面热波相位特征识别涂层下基体中的疲劳裂纹是一种可行且高效的方法。     

羟基磷灰石涂层及其热处理对TLM合金基体的影响

利用DTA/TG、XRD方法研究溶胶凝胶法制备羟基磷灰石(HA)烧结热处理过程中的相转变规律,同时研究制备HA涂层时保温处理对TLM(TiZrSnMoNb系)合金基体力学性能的影响.结果表明,在制备HA涂层的过程中.热处理温度为450～1000℃,所得的HA的晶化程度较高,较纯净.     

激光涂覆耐热合金的试验研究

采用２ＫＷＣＯ２激光器对２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ｗ钢进行激光涂覆耐热合金，分析测定了激光涂覆层的组织和性能，结果表明，涂覆层和基体实现了冶金结合，涂覆层比基体材料具有很高的高温度和疲劳性能，可以利用激光涂覆耐热合金来提高２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ｗ钢穿孔顶头的使用寿命。