TA2表面电火花沉积Zr/WC复合涂层特性及界面行为研究

目的通过在TA2表面进行电火花沉积改变其表面性能。方法采用电火花沉积技术,在基体TA2表面制备Zr/WC复合涂层,然后分别用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDX)、X射线应力分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析涂层的微观组织、化学成分分布、残余应力、显微硬度分布以及涂层的耐磨性。结果复合涂层连续、均匀,厚度约为50~80μm;涂层表面不平整,存在很多小坑和粘连,涂层内部有少量气孔和裂纹;复合涂层与基体的主要元素Ti、Zr、W之间发生相互扩散,并发生冶金反应;经过电火花沉积后TA2表面存在较大的残余应力,通过改变工艺参数可有效控制残余应力;复合涂层表面显微硬度值最高能达到960.5HV200g,约为基体的4倍;经过电火花沉积Zr/WC复合涂层的试样磨损量远远小于TA2试样,ε_w=4.1,沉积层的耐磨性比基体材料提高了3.1倍,经电火花沉积制备复合涂层后表面的耐磨性显著提高。结论在TA2表面电火花沉积Zr/WC复合涂层可以改善其表面性能。     

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.     

钢基表面热喷涂镍沉积过程中热力耦合场的数值模拟

利用有限元软件ANSYS中的间接耦合法,对钢基表面热喷涂镍沉积过程中的热力耦合场进行了数值模拟,对温度场及应力场的分布、基体预热温度对残余应力的影响进行了分析.结果表明:熔滴最高温度位于熔滴的中心部位,最低温度位于熔滴边缘部位;熔滴最大径向压应力值位于熔滴下表面的中心部位;提高基体的预热温度能够降低涂层/基体界面处的残余应力,但不能改变应力的分布形态.     

连续电火花沉积WC-12Co涂层应力场数值模拟

为了对连续电火花沉积WC-12Co涂层的残余应力进行分析,文中运用生死单元技术,设定适当边界条件,建立了连续电火花沉积模型,运用ANSYS有限元分析系统进行数值模拟,得到不同深度残余应力随时间变化曲线. 结果表明,沉积残余应力主要以平行于工件表面方向的应力为主,且最大拉应力出现在涂层表面上. 文中还利用连续电火花沉积模型对工艺参数和残余应力的影响进行了分析,预测了可获得良好涂层界面的最佳工艺参数范围,并通过电火花沉积试验验证了预测结果的正确性.     

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.     

钢表面电火花沉积合成W-Mo高熔点复合涂层

目的 采用ZY-10型电火花堆焊/涂层沉积设备,分别以钼和钨棒料为电极,以超纯氩气为保护气体,在PCrNi3MoVA钢基体表面沉积合成W-Mo高熔点复合涂层。方法 在PCrNi3MoVA钢基体表面先沉积出一定厚度的钼涂层作为打底层,在此基础上,采用更高的电参数沉积硬度和熔点都较高的钨涂层。作为同族元素的钼和钨,在高温电弧作用下能较好地合成W-Mo高熔点复合涂层。通过对复合涂层的成分、微观形貌等进行观察和分析,用等离子烧蚀实验检测复合涂层的抗烧蚀性能,并计算复合涂层的质量烧蚀率和线烧蚀率。结果 采用电火花沉积工艺在PCrNi3MoVA钢基体表面成功制备了W-Mo高熔点复合涂层,其厚度达到100 μm以上,该复合涂层主要由W、Mo、Fe等成分组成,且越靠近涂层表面,W和Mo元素的含量越高,复合涂层主要有Mo、MoC、Fe2Mo3、Fe2W等物相,复合涂层的耐烧蚀性能较好,在前10 s内其线烧蚀率仅为0.090~0.267 mm/s。结论 W-Mo高熔点复合涂层的厚度随着沉积次数和沉积电压的增加而增加;复合涂层与基体相互熔融,具有较好的冶金结合特征;复合涂层能够承受等离子火焰的短时高温冲击与冲刷,增加复合涂层的厚度可以有效抑制涂层试样烧蚀率的增加。     

轴类件热喷涂涂层残余应力的有限元分析

热喷涂涂层内部的残余应力分布是影响喷涂成形质量和使用性能的重要因素之一.文中基于热喷涂过程的逐层叠加成形的基本假设,利用有限单元法建立了轴类金属基体表面沉积铝涂层的温度场和应力场二维数值模型,研究结果揭示了喷涂涂层温度的波动上升和大量粒子独立快速凝固的典型规律,通过分析残余应力分布行为,发现涂层内部的周向和轴向应力分量最大,皆为拉应力;径向应力分量值远小于周向和轴向应力,应力方向不固定.当涂层不断增厚时,每一薄层的应力受后续沉积薄层的作用发生部分抵消,且残余应力分量值都随着涂层厚度的增加而增大.     

AlCrN涂层的残余热应力分析

采用ANSYS有限元分析软件中的瞬态分析方法,对涂层刀具沉积过程中残余热应力进行了仿真分析.研究了AlCrN涂层残余热应力的大小、分布和影响因素.结果表明:由于涂层与基体材料的热膨胀系数不匹配,结合面区域存在严重的应力集中;基体材料、涂层厚度、沉积温度以及中间层的使用对残余应力有很大影响;基体材料为高速钢时,AlCrN涂层内残余应力大以压应力为主并随着涂层厚度的增加而减小;基体为硬质合金时,残余应力相对较小,涂层内以拉应力为主并随基体钴含量和涂层厚度的增加而减少;增加中间层可以减小残余应力.因此,通过涂层和不同基体匹配以及增加中间层可以缓和界面应力增强界面结合强度.     

能量输出幅度对电火花沉积 Ni201 修复层界面行为的影响

目的获得电火花沉积质量较好的Ni201修复层。方法运用电火花沉积技术,采用DHD-6000型电火花沉积设备在Q235钢表面制备Ni201修复改性层,利用电子扫描显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等检测方法,研究修复层与基体结合界面的微观结构、元素分布、相组成以及修复层表面残余应力。结果 Ni201修复层组织均匀致密,基体与修复层之间发生元素扩散;修复层结合界面处主要由Fe10.8Ni、γ(Fe,Ni)固溶体、Co Fe15.7及Fe相组成;Ni201修复层表面残余应力随能量输出幅度的增加而增大,在40%与45%能量输出条件下,残余应力分别为-38.1,-81.6 MPa,残余应力较小。结论 Q235钢基体与Ni201修复层元素相互扩散,基体与修复层之间形成了冶金结合,Ni201修复层为冶金结合层。再制造修复设备工艺参数选择是决定修复层质量的关键因素,能量输出幅度为40%的修复层质量优于能量输出幅度为45%。     

AlCrN涂层的残余热应力分析

采用ANSYS有限元分析软件中的瞬态分析方法,对涂层刀具沉积过程中残余热应力进行了仿真分析。研究了AlCrN涂层残余热应力的大小、分布和影响因素。结果表明:由于涂层与基体材料的热膨胀系数不匹配,结合面区域存在严重的应力集中;基体材料、涂层厚度、沉积温度以及中间层的使用对残余应力有很大影响;基体材料为高速钢时,AlCrN涂层内残余应力大以压应力为主并随着涂层厚度的增加而减小;基体为硬质合金时,残余应力相对较小,涂层内以拉应力为主并随基体钴含量和涂层厚度的增加而减少;增加中间层可以减小残余应力。因此,通过涂层和不同基体匹配以及增加中间层可以缓和界面应力增强界面结合强度。     

电火花堆焊温度场、应力场的二维与三维数值模拟

国内有文献报道，用电火花表面堆焊技术精密修复失重型失效零部件，但对其表面堆焊温度场、应力场的模拟并未系统研究，本文运用有限元软件ANSYS对电火花堆焊的温度场、应力场分别建立二维与三维模型，进行焊接过程模拟，并计算出了温度场、残余应力场的分布及残余变形的状况。二维计算得到的应力数值范围是-9MPa～57．5MPa，三维计算得到的应力数值范围是-12MPa-52MPa，并对二维模型进行残余变形分析，计算得到最大变形为0．861E-6m，证明了电火花堆焊这种精密修复工艺的优良性。     

钢基模具喷涂层温度场和应力场模拟分析

采用有限元分析软件计算不同时刻以及不同位置涂层内的温度场、应力场,分析电弧喷涂方法制造模具时的沉积过程.在建立传热模型过程中,采用在厚度方向以微小层逐层叠加来模拟涂层的增厚,并应用生死单元法逐层激活层单元参与计算过程,以模拟真实的喷涂沉积过程,获得了喷涂层内温度场、应力场的分布情况.并在此计算的基础上,分析了应力的分布对涂层失稳以及残余应力分布的影响,为模具尺寸设计和喷涂工艺制订提供了依据.     

基板厚度对薄壁件GMA增材制造温度场的影响

对环形薄壁件GMA增材制造温度场进行数值模拟,采用热循环试验对计算结果进行验证,并研究基板厚度对堆积过程温度场的影响. 结果表明,基板厚度增加,熔池最高温度降低且长度减小,“拖尾”状况改善明显. 第一层中点热循环曲线上的波峰和波谷随基板厚度增加而降低,波峰差值先增大后趋于稳定,波谷差值先保持稳定再减小. 熔池轴向最大温度梯度随基板厚度增加而增大,但增量逐渐减少. 熄弧时刻,基板厚度增加,各层中点的轴向温度梯度增大,但随堆积高度增加,轴向温度梯度上升趋势明显减弱.     

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.     

分区扫描对激光沉积修复钛合金热力耦合场的影响

为了控制激光沉积修复过程中残余应力,减少基材的变形,利用ANSYS参数化设计编程语言实现了激光沉积修复面缺陷损伤零件热力耦合场的数值模拟,得到了短光栅连续扫描和分区扫描情况下的节点热循环特性、温度场和残余应力场分布规律.结果表明,不同扫描方式下节点的热循环分布规律相似,但分区扫描时基材热量累积明显减小,且温度分布较为均匀,从而改善了基材中应力集中,使残余应力降低.为了验证结果的正确性,采用红外测温仪和压痕应变仪对不同扫描方式下激光沉积修复温度场和修复件表面残余应力进行了测量,并绘制了基材变形曲线.二者具有较好的一致性.     

自蔓延陶瓷焊条堆焊温度场与残余应力场数值模拟

利用自制的TiC-Ni自蔓延陶瓷焊条,采用氩弧焊技术在钢表面制备了金属陶瓷堆焊层。建立计算堆焊层温度场及应力场的数学模型,采用有限元分析软件分析了堆焊金属陶瓷过程的温度场及残余应力场分布及堆焊层温度场的变化。对焊层残余应力变化规律进行了模拟,并通过模拟检验了堆焊层残余应力的连续性和缓和性。     

梯度功能材料等离子熔积成形过程的Level-Set方法模拟

利用Level-Set方法与有限体积法(finite volume method,FVM)建立梯度功能材料(functionally graded material,FGM)等离子熔积制造(plasma deposition manufacturing,PDM)过程多相混态场统一模型;研究了在不同热输入功率下熔池形貌、温度场与流场以及溶质分布的变化规律.结果表明,热功率是影响梯度功能材料成分分布和性能的重要工艺参数.并用等离子熔积制造方法制备Al2O3-AISI316梯度功能材料,验证了模拟计算结果的正确性和可靠性.