氧化钇稳定氧化锆涂层界面剪切应力分析及其界面剪切强度的测定

涂层与基体材料结合时,界面结合状态将最终决定涂层使用性能,界面应力又直接影响着涂层强度属性。基于界面约束和均匀应变理论模型,推导出涂层界面剪切应力计算公式。同时,该公式可用于计算涂层界面剪切强度。通过实验进一步验证了理论分析的正确性和实验测试方法的有效性。利用分区不同膜厚单轴拉伸法测得氧化钇稳定氧化锆涂层的界面剪切强度,且这种方法有助于进一步分析涂层厚度与强度属性之间的关系。     

电沉积镍涂层冲压过程的界面特性

采用有限元方法对电沉积镍涂层钢带的冲压成形过程进行了数值模拟,得到了电沉积镍涂层在界面上的应力场、应变场等冲压成形特性。计算结果表明：在冲压过程中,涂层与基体界面上的应力大小、拉压性质都是变化的,且正应力一般在-50～50MPa之间,剪应力一般在-40～30MPa之间;界面上涂层中的应变比基体中的应变大得多,但两者在变形过程中是比较匹配的。     

冷喷涂Cu-Zn-Al_2O_3修复斯太尔发动机水道腐蚀区域的涂层性能分析

采用冷气体动力喷涂技术,喷涂超细Cu-Zn-Al2O3复合粉来修复斯太尔发动机水道腐蚀区域,并对冷喷涂层的显微结构、物相组成和力学性能进行了表征。实验表明,超细Cu-Zn-Al2O3复合粉经超音速冷喷涂制备的涂层可与发动机缸体基体结合牢固,显微组织致密,测得的涂层抗拉强度值达到28.87 MPa,涂层表面硬度均值143.6HV0.05,耐磨性是斯太尔发动机基体的5.035 5倍,延长了设备服役期。     

镍基合金涂层和扭力轴的扭转特性仿真

为了得到修复再制造后扭力轴基体和镍基合金熔接涂层的力学性能,分析了不同扭转弧度对熔接涂层和基体力学性能的影响,得出熔接涂层和基体的应力、应变随扭转弧度的变化规律,并讨论模型轴向外表面和径向内表面应力、应变随扭转弧度的变化规律。研究结果表明:修复后的模型力学性能达到原有力学性能的90%;随着扭转弧度的增大,扭力轴基体和熔接涂层的应力、应变均逐渐增大;对于模型轴向外表面,最大应力出现在涂层上,并且由涂层中心向四周的结合界面扩散,熔接涂层应变是先小于基体应变,然后再大于基体应变;对于模型径向内表面,熔接涂层的应力和应变始终大于基体的应力和应变。     

等离子喷涂铜铝涂层工艺研究

采用正交实验设计方法研究了等离子喷涂铜铝涂层过程中涂层硬度与等离子喷涂参数之间的响应关系,利用建立的响应公式,通过排列组合,优选出最佳工艺参数,并进行了实验验证。在实验参数区间内：涂层硬度HR15T与氩气流量、氢气流量及电流成正比,与喷涂距离成反比;在最优工艺参数范围下：获得的涂层硬度值分布在HR85～87之间,涂层结合强度≥32 MPa;涂层孔隙率≤3%,涂层最大孔洞尺寸约为8μm,涂层未熔粒子百分数约为3%,最大未熔粒子尺寸约为10μm;涂层试样弯曲170°后,涂层未出现脱落起皮现象。     

近疲劳强度载荷下WC/Co涂层对300M钢疲劳性能的影响

研究了在近疲劳强度载荷下超音速火焰喷涂WC/Co涂层和电镀铬层对300 M低合金钢疲劳性能的影响.结果表明：WC/Co涂层、电镀铬层试样和300 M钢基体的疲劳强度分别为753,600和720 MPa.在近疲劳强度载荷下,WC/Co涂层试样的疲劳寿命分别为基体和电镀铬层试样的1.5～2和5～10倍.三者的主裂纹源均为基体内部的Al2O3和SiO2夹杂物.电镀铬层中的次裂纹穿过界面并向基体中扩展,在基体表面形成新的次裂纹源,加快了基体中主裂纹源的形成和主裂纹的扩展;而WC/Co涂层中的次裂纹经过界面时向界面方向偏转,形成无支撑涂层,并最终使涂层剥落.     

涂层界面结合力的滑移线场的计算与分析

涂层-基体界面结合强度的好坏是评价涂层质量的关键指标,是保证涂层-基体满足力学、物理和化学等性能的基本前提.在所有测试方法中,划痕法是最成熟和应用最广的方法之一.通过李和谢费的滑移线场理论,建立了涂层-基体界面结合力的理论计算方法,计算出(0.01～0.09)mm厚电沉积镍涂层的界面结合力,其数值为(5.4～48.6)N/mm,并运用有限元软件对该涂层的划痕过程进行了仿真,两者结果比较发现该解析解和有限元数值解有较好的一致性,他们之间的界面结合力计算误差在5%以内.并且在有限元仿真过程中能够直观体现刮刀在行进过程中涂层-基体界面所发生的应力、应变情况.     

涂层刀具膜基结合面的仿生设计

提高涂层刀具膜基结合力对刀具使用寿命有重要影响,提出涂层刀具结合面仿生设计的思想,将牙齿的釉质和本质类比到涂层刀具的涂层和基体,根据牙釉质与牙本质结合面的形状,仿生设计了由一组圆弧组成的膜基结合面。基于基体拉伸法测涂层界面结合强度的思想,利用ABAQUS有限元软件仿真了界面结合强度。结果表明:由一组合适大小圆弧组成的结合面的界面应力分布情况较好。所阐述的膜基结合面形状的仿生设计将为基体表面镀膜前的处理提供一种新的思路。     

高结合性能涂层与基体界面结合强度测定模型的有限元模拟

采用有限元法对高强结合性能涂层与基体界面结合强度进行了力学模拟,通过对涂层与基体界面最大法向应力和最大剪切应力的分析,比较了模型中有无金属加强板,不同的锥度、结合面宽度、涂层厚度对界面结合强度的影响,从而确定了最佳模型：使模拟过程中最大剪切应力明显降低,能够更好地体现不同体系法向应力的变化,并在最佳模型下研究了不同涂层和基体材料相互作用的界面结合强度。     

高结合性能涂层与基体界面结合强度测定模型的有限元模拟

采用有限元法对高强结合性能涂层与基体界面结合强度进行了力学模拟,通过对涂层与基体界面最大法向应力和最大剪切应力的分析,比较了模型中有无金属加强板,不同的锥度、结合面宽度、涂层厚度对界面结合强度的影响,从而确定了最佳模型,使模拟过程中最大剪切应力明显降低,能够更好地体现不同体系法向应力的变化,并在最佳模型下研究了不同涂层和基体材料相互作用的界面结合强度.     

高应变速率条件下1200MPa级冷轧双相钢塑性变形微观机理的研究

通过在CMT4105试验机上进行准静态拉伸试验,在Hopkinson拉杆试验机上进行动态拉伸试验。在常温下,对DP1200冷轧双相钢进行应变速率为1×10~(-4) s~(-1)、1×10~(-3) s~(-1)、1×10~(-2) s~(-1)的准静态拉伸试验,以及应变速率为500 s-1、1 000 s-1、2 250 s-1的动态拉伸试验,并对拉伸断口进行形貌分析。结果表明:DP1200冷轧双相钢在准静态和动态变形条件下,随应变速率的增大,屈服强度s0.2从723 MPa增加到998 MPa,抗拉强度sb从1 205 MPa增加到1 515 MPa,断后伸长率从9.0%下降到7.7%,屈强比从0.60上升到0.66。准静态和动态拉伸的韧断口都呈现窝状,为韧性断口。应变速率为1×10~(-4) s~(-1)、1×10~(-3) s~(-1)、1×10~(-2)s~(-1)、500 s~(-1)、1 000 s~(-1)、2 250 s~(-1)断口韧窝平均尺寸分别为7.5μm、7.2μm、6.9μm、4.3μm、3.5μm和2.6μm,准静态拉伸不同应变速率下韧窝形貌变化不大,动态拉伸条件下随应变速率的增加断口韧窝变深。     

微米尺度铜键合丝疲劳性能研究

目前,铜键合丝广泛用于集成电路、电子封装等领域,但是铜丝在制造和键合的过程中受到的局部应力和摆动,会不可避免地产生疲劳问题。通过一套以自激振动为原理组装的微结构疲劳试验装置,对不同直径的微米级铜键合丝进行对称弯曲疲劳性能测试。试验结果表明:该试验装置能够成功地对微米级铜丝进行对称弯曲疲劳性能试验;无论是屈服强度、抗拉强度还是弹性模量,直径20μm的铜丝均高于直径30μm、40μm的铜丝,表现出明显的尺寸效应;所有铜丝的疲劳寿命集中在4.5×104~1×107;在相同应力条件下,铜丝的疲劳寿命随着铜丝直径的增加而减小;直径20μm、30μm、40μm的铜丝对应的疲劳强度(N=106)分别为147 MPa、97 MPa、70 MPa。从扫描电子显微镜的断口分析结果可以看出拉伸断口为凿峰状,断口周围表面出现许多相间的条状拉拔痕迹;疲劳断口为平齐正断,两条裂纹起源于试样表面,瞬断区为窄条状。     

3D-C/SiC复合材料的高温拉伸性能

研究了 3D C/SiC复合材料从室温到 15 0 0℃真空条件的拉伸性能。试验材料用T30 0碳纤维编织为三维四向编织体 ,编织角为 2 2° ,用CVI法在 95 0℃～ 10 0 0℃沉积热解碳界面层、SiC基体。最终得到纤维体积分数约为4 0vol%、热解碳界面层厚度约 0 .2 μm和空隙率为 17vol%的复合材料 ,表面SiC涂层厚度为 5 0 μm。试验在超高温拉伸试验机上进行 ,真空度为 10 -3 Pa ,夹头位移速率为 0 .5 95mm/min。结果表明 ,拉伸应力 应变曲线是非线性的 ,大部分拉伸曲线基本由三段折线组成 ,对应着三段模量。第一阶段的模量和基体裂纹饱和应力对应的应变εsa 基本不随温度的升高而改变 ;第二和第三阶段的模量、损伤开始应力σmc、基体裂纹饱和应力σsa、断裂应力σf 和损伤开始应变εmc随温度有相似的变化规律 ,即随温度升高而增加 ,在 110 0℃ ～ 130 0℃范围内出现最大值 ,尔后随温度增加而下降 ;但是断裂应变的变化规律正好与此相反。试样机械加工后 ,由于残余应力部分得到松弛 ,并去除了表面SiC涂层开裂后引起的应力集中 ,因此材料断裂强度和断裂应变明显升高。高温和室温的拉伸断裂应变小于0 .6 % ,不能有效地松弛材料切口处的应力集中。测量了拉伸过程中试样的电阻相对变化率 ,它与载荷的关系曲线总的走势与拉     

Effect of CeO2 on the microstructure and wear behavior of thermal spray welded NiCrWRE coatings

NiCrWRE alloy coatings with the addition of CeO₂ were produced on a medium-carbon steel substrate by thermal spray welding. The bonding strength of the coatings was measured by tensile testing and reached 300–350 MPa. The wear behavior of the coatings was investigated under dry sliding wear conditions, and was compared with that of NiCrW coatings produced without the addition of CeO₂. The results show that the hardness and wear resistance of the thermal spray welded coatings are significantly increased with the addition of CeO₂. Analysis of the worn surfaces revealed that the coatings with CeO₂ addition show improved abrasive wear resistance over the coatings without CeO₂.     

AlNiZr非晶纳米晶复合涂层的腐蚀磨损行为研究

为提高海洋极端环境下钢结构材料的耐腐蚀磨损性能,采用高速电弧喷涂技术制备了一种AlNiZr非晶纳米晶复合涂层,并研究了该涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀磨损行为。结果发现,AlNiZr涂层组织较为均匀,致密性较好,相结构由非晶、纳米晶及晶化相共同组成,涂层非晶体积分数约为64.93%,平均显微硬度值为363HV0.1,与45钢基体之间的平均结合强度约为30.8 MPa;在干摩擦条件下其平均摩擦因数约为0.125,磨损体积约为0.134 mm3,磨痕宽度约为882.4 μm,磨损失效机制以氧化磨损和脆性剥层磨损为主,并伴有轻微磨粒磨损;在腐蚀介质条件下,由于受到腐蚀介质的润滑减摩作用,导致涂层的平均摩擦因数、磨损体积、磨痕宽度均有明显减小,其平均摩擦因数约为0.058,磨损体积约为0.02216 mm3,磨痕宽度约为314 μm,腐蚀磨损失效机制主要表现为剥层磨损形式,同时磨损起主导作用、腐蚀次之。与纯铝涂层相比,AlNiZr涂层表现出优异的耐腐蚀磨损性能。     

ARB法制备超细晶材料的组织与性能研究

采用累积叠轧焊方法（ARB）对MB2镁合金和1060工业纯铝进行试验,分析了它们变形前后内部微观组织结构的演变和力学性能的变化。结果表明,MB2镁合金平均晶粒细化到1.2μm,抗拉强度由轧制前的235 MPa提高到300 MPa;1060工业纯铝晶粒细化到约400 nm,抗拉强度由轧制前的87MPa提高到220 MPa,硬度由轧制前的37 HV提高到83 HV;2种材料的延伸率在ARB 1道次后下降,并随着轧制道次的增加,材料组织均匀程度提高,抗拉强度变化平缓;MB2镁合金的延伸率回升幅度较大。     

Evolution of residual stresses in micro-arc oxidation ceramic coatings on 6061 Al alloy

Most researches on micro-arc oxidation mainly focus on the application rather than discovering the evolution of residual stresses. However, residual stresses in the surface coatings of structural components have adverse effects on their properties, such as fatigue life, dimensional stability and corrosion resistance, etc. The micro-arc oxidation ceramic coatings are produced on the surfaces of 6061 aluminum alloy by a homemade asymmetric AC type of micro-arc oxidation equipment of 20 kW. A constant current density of 4.4___0.1 A/dm2 and a self-regulated composite electrolyte are used. The micro-arc oxidation treatment period ranges from 10 min to 40 min, and the thickness of the ceramic coatings is more than 20 Bin. Residual stresses attributed to 7-A1203 constituent in the coatings at different micro-arc oxidation periods are analyzed by an X-ray diffractometer using the sin2~u method. The analysis results show that the residual stress in the ceramic coatings is compressive in nature, and it increases first and then decreases with micro-arc oxidation time increase. The maximum stress value is 1 667_＋20 MPa for period of 20 min. Through analyzing the coating thickness, surface morphology and phase composition, it is found that the residual stress in the ceramic coatings is linked closely with the coating growth, the phase composition and the micro cracks formed. It is also found that both the heat treatment and the ultrasonic action release remarkably the residual compressive stress. The heat treatment makes the residual compressive stress value decrease 1 378 MPa. The ultrasonic action even alters the nature of the residual stress, making the residual compressive stress change into a residual tensile stress.     

聚苯硫醚/氟树脂梯度防腐蚀涂层的研究

在碳钢表面制备了具有梯度结构的PPS／FEP复合防腐蚀涂层,采用拉开法测定了各涂层体系的结合强度。结果表明：PPS／FEP梯度防腐蚀涂层明显改善了单纯氟树脂涂层对金属的不粘性,PPS／FEP五层梯度结构涂层与钢基体的结合强度可达11．8MPa;电子探针分析结果显示,五层体系中各组分沿横截面呈连续梯度分布,有效加强了层问结合。     

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。     

玻璃浆料键合中的孔洞抑制和微复合调控

提出了包含三步式排泡过程的预烧结工艺以及双凹凼-凸台的微复合键合结构方案,以便有效控制玻璃浆料层中的孔洞生成并精确控制键合间隙。预烧结工艺涉及的三步式排泡包含玻璃液形成、真空排泡与孔洞流平3个过程,该过程有效地排除了气泡,从而抑制了键合中间层中的孔洞形成,其工艺的重复性和鲁棒性很强。微复合键合结构中的内外凹凼用于有效控制多余的熔融的玻璃浆料的流动路径,避免其对封装结构的污染;微阻挡凸台则可以精确地将玻璃浆料层的厚度即键合间隙控制到凸台高度。对键合性能的测试表明,该方案简单有效,键合强度和气密性良好,键合间隙为10.1μm,键合强度为19.07 MPa,键合漏率小于5×10-9 Pa·m3/s。