界面形貌对清障涂层界面残余应力影响的数值模拟

利用有限元方法,对热障涂层热循环降温过程中产生的残余应力进行了数值模拟,研究了有尖点和无尖点正弦波形微坑以及短形微坑对界面残余应力的影响,结果表明,微坑形状不同,界面上残余应力的大小,性质与分布也不同;微坑的形状变化和尖点的出现,将会使该处的应力发生突变,不利于增强界面结合强度,因此,从对热障涂层界面残余应力的影响角度看,无尖点的正弦波形微坑既优于有尖点微坑也优于矩形微坑。     

界面形貌对热障涂层残余应力影响的数值模拟

利用ABAQUS有限元分析软件对热障涂层中的残余应力进行了模拟分析,研究了不同界面微结构及其尺寸(包括圆弧半径、高度)对平行和垂直于界面的残余应力最大值的影响。结果表明,界面形貌结构尺寸与热障涂层中的陶瓷层及粘结层界面残余应力有密切的关系,凹凸不平的界面将会使界面残余应力发生突变,界面形貌的曲率对残余应力的影响较大。这些结论为提高涂层界面结合强度提供了理论支持,也为热障涂层界面的优化提供了指导。     

纳米金刚石薄膜的微结构和残余应力

采用双偏压热丝化学气相沉积法在不同栅极和衬底偏流下制备出纳米金刚石薄膜.采用Raman谱、SEM、AFM、纳米压痕法和XRD分析纳米金刚石膜的微结构、弹性模量和残余应力.分析结果表明,金刚石晶粒尺寸随着栅极和衬底偏流的增加而减小,而衬底偏流的加入会引起非金刚石成分的显著增加.金刚石晶界的畸变使得弹性模量随着栅极和衬底偏流的增加而减小,薄膜热应力也随之减小.晶界非金刚石成分引起金刚石本征应力呈压应力性质,晶界密度的增加使得本征应力随着栅极偏流的增加而增加,但衬底偏流引起薄膜抵抗变形能力剧烈下降,导致金刚石本征压应力的减小.     

基体预热温度对热障涂层热残余应力影响的研究

研究了用等离子喷涂工艺制备ZrO2-NiCrAl-LD-8基体的热障涂层过程中,基体预热温度对热障涂层热残余应力的影响.通过有限元计算分析,表明选择合适的基体温度,能大大降低热障涂层的热残余应力,为喷涂制备过程中基体预热温度的选择提供了参考.     

落砂温度对铸件残余应力影响的研究

用计算机模拟计算了ZG45的应力框600℃落砂时的应力场，通过试验和仿真的方法给出了应力随落砂温度的变化曲线，得出了残余应力随落砂温度的变化经历了3个阶段，同时分析了3个阶段应力的形成特点。结果发现。ZG45的铸件在900℃落砂时，残余应力最大。本文中，提出了铸造中的质量．效率(残余应力-落砂温度)平衡图，分析了在工业大生产中该平衡图具有的实际意义，能够使铸件的质量和生产效率达到最佳匹配。     

热喷涂涂层残余应力的数值模拟

利用有限元方法建立轴对称模型,对铜表面热喷涂镍金属涂层的残余应力进行模拟分析.研究基体温度和粒子速度对涂层残余应力的影响.研究表明,涂层受残余压应力,从涂层向基体方向残余应力呈减小趋势,随基体温度升高,残余应力呈减小趋势,随粒子速度增加,残余应力呈增大趋势.     

基体预热温度对涂层表面形貌及残余应力影响的数值模拟

目的为了更好地研究分析不同的基体预热温度对所制备涂层质量的影响。方法采用求解热传导和能量方程,运用有限体积FVM法、流体体积跟踪法VOF追踪熔滴自由表面,建立熔滴撞击基体的三维几何模型,模拟了层片形成过程,分析不同基体预热温度对层片表面形貌的影响以及熔滴内部液滴形态变化的过程,在上述基础上,继续模拟第2个熔滴撞击在已凝固层片,从而形成涂层,进一步分析了不同基体预热温度对涂层表面形貌和残余应力的影响规律。结果随着基体预热温度的提高,沉积物与基体之间的温度梯度减少,有利于熔滴的铺展,铺展时间变长,气体的排放更顺畅,层片中的孔隙率降低,且层片铺展厚度随温度的提高而逐渐降低,而铺展半径逐渐增大,沉积物形貌更接近圆盘状。随着基体预热温度的提高,最终涂层形貌都是边缘厚、中间薄,但涂层中央的致密程度不断提高,且组织中的孔隙量越来越低。结论基体预热温度需处在一个范围,涂层的残余应力才会有一个最优值,使得涂层与基体有比较好的结合强度。     

不同沉积温度对纳米Ti薄膜微观结构和残余应力的影响

本实验采用纳米压痕技术利用Suresh模型和Lee模型研究了直流磁控溅射制备薄膜时,不同基底温度对Ti薄膜内部残余应力的影响,并将其计算结果与曲率法测试结果进行比较分析。同时结合原子力和XRD对薄膜表面形貌和微观结构进行了分析。研究发现：Suresh模型的计算结果与曲率法测量结果更为接近,Lee模型更适合对Ti薄膜中的应力大小进行计算。计算结果表明：金属Ti薄膜表面晶粒随基底温度的增加先增大后减小,薄膜中的残余应力则由压应力转变为拉应力。     

热喷涂涂层残余应力的测试与分析

利用改进的Ａｌｍｅｎ试验方法对多种热喷涂涂层的残余应力进行了测试与分析。首次提出了热喷涂涂层应变滞后于温度或外加应力这种现象的物理模型,并提出了因热喷涂涂层本身的多孔特性而引起的“气塞”作用是造成这一现象的主要原因。试验证明了热喷涂涂层的残余应力与涂层的厚度是线性关系,并且无论涂层的残余应力是压应力还是拉应力,它们都随涂层厚度的增加而增大。本文还证实了热喷涂工艺方法对涂层残余应力有着重大的影响,其     

基板温度对EB-PVD ZrO2涂层微观组织及残余应力的影响

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术在不锈钢基板上沉积ZrO2涂层.研究基板温度对涂层微观组织和残余应力的影响.结果表明:沉积的涂层均为t-ZrO2结构,涂层表面平整致密;随着基板温度的升高,涂层表面颗粒逐渐长大,表面粗糙度增大;涂层残余应力也随着基板温度的升高而增加,当基板温度为1000 ℃时,涂层残余应力的增量最大,ZrO2涂层的残余应力主要是由于涂层与基板热膨胀系数差别而产生的热应力引起.     

加入纳米金刚石对铜基体上 Ni-P 化学镀层性能的影响

为增强化学镀Ni-P镀层的性能,以纯铜为基体,在镀液中加入纳米金刚石,共沉积Ni-P/纳米金刚石复合镀层,研究了纳米金刚石的加入对镀层性能的影响。结果表明:纳米金刚石质量浓度为12 g/L时,获得的镀层质量较好;纳米金刚石的加入大大提高了镀层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。     

化学镀纳米金刚石/Ni复合镀层制备及其摩擦学性能

研究了金刚石含量、表面活性剂及热处理温度等工艺因素对Ni-P-纳米金刚石灰粉复合镀层的摩擦磨损性能的影响,并对复合镀层的表面形貌及组织结构进行了分析.结果表明:添加爆轰纳米金刚石灰粉能提高复合镀层的耐磨性能.热处理温度与表面活性剂种类对金刚石灰粉复合镀层耐磨性能的影响最大,复合镀层耐磨性能最佳时的工艺参数为:金刚石灰粉含量为4 g/L,热处理温度为400℃,表面活性剂采用SHP,其含量为1:20.     

电火花沉积钨涂层的温度场和残余应力有限元模拟

目的 通过模拟钢基体表面电火花沉积钨涂层过程中的熔池区域温度场变化及其残余应力分布,以便更好地理解电火花沉积钨涂层的工艺过程,得到钨涂层成膜过程中的温度场分布和残余应力形成机制.方法 采用电极低速旋转与上下点动相结合的电火花沉积工艺,由点到线、再到面的沉积顺序,在钢基体表面均匀制备抗烧蚀钨涂层.同时,采用ANSYS仿真...     

基于残余应力分布优化的TBM滚刀刀圈激光熔覆涂层制备工艺研究

目的 为改善TBM(全断面隧道掘进机)涂层刀圈残余应力分布,针对刀圈涂层制备过程中的激光扫描路径开展研究,以优化刀圈涂层及涂层/基材界面的残余应力分布。方法 使用MSC. Marc 2016软件建立了刀圈涂层制备的三维完全热机耦合模型,通过试验验证了模型的准确性,并针对激光熔覆过程中扫描顺序、扫描方向和扫描终点夹角等3个工艺变量开展了应力场分析研究。结果 刀圈表面近涂层区周向/径向残余应力数值计算结果分布趋势与试验基本一致,且在涂层与基材结合的界面处,残余应力梯度达到最大,当激光扫描方向为安装孔到刃顶时,涂层刀圈残余应力的不合理分布得到了明显改善且应力最值显著降低,其中基材部分残余应力最高降低35 MPa,而调整扫描顺序和扫描终点夹角未能有效改善刀圈残余应力的分布及应力最值。结论 通过合理设计熔覆过程中的扫描路线,可以有效改善刀圈涂层的残余应力分布并降低残余应力最值,对延长TBM涂层刀圈服役寿命具有重要的指导意义。     

热喷涂层残余应力的来源及其失效形式

探讨了涂层残余应力的产生机理,综述了当前残余应力的典型理论模型,并分析了残余应力诱导的涂层失效行为.上述这些研究对涂层的热力学完整性原理的研究具有重要的意义.     

LaMgAl11O19热障涂层退火过程残余热应力分布及涂层热稳定性的数值模拟

目的 研究退火过程中La Mg Al₁₁O₁₉热障涂层内部残余热应力的分布情况及其对热障涂层热稳定性的影响机理。方法 基于等离子喷涂制备的La Mg Al₁₁O₁₉/YSZ双热障涂层物理模型,采用Abaqus建立数值仿真模型,通过温度位移耦合计算,系统分析不同退火温度下LaMgAl₁₁O₁₉热障涂层内部残余热应力的分布情况。通过扫描电镜,观察退火前后涂层表面及断面的微观组织形貌。根据数值模拟结果及涂层SEM图像,分析残余热应力对LaMgAl₁₁O₁₉热障涂层热稳定性的影响,探究引起涂层裂纹损伤失效的影响因素。结果 数值模拟结果显示,La Mg Al₁₁O₁₉热障涂层内部的残余热应力以径向应力为主,其值远大于轴向应力及剪切应力。退火中,径向残余热应力在径向距离0～2.4mm内缓慢增长到最大值,而在x=2.4mm至径向边缘范围内急剧降低。退火后,在涂层径向边缘位置出现应力集...     

Effects of Carburized Parts on Residual Stresses of Thin-Rimmed Spur Gears with Symmetric Web Arrangements Due to Case-Carburizing

This paper presents a study on effects of carburized parts on residual stresses of thin-rimmed spur gears with symmetric web arrangements due to the case-carburizing. The carbon content of each element of the FEM gear model due to carburizing was obtained according to Vickers hardness Hv - carbon content C% and C% - d (distance from surface) charts. A heat conduction analysis and an elastic-plastic stress analysis during the case-carburizing process of thin-rimmed spur gears with symmetric web arrangements were carried out for various case-carburizing conditions by using the three-dimensional finite element method (3D-FEM) program developed by authors, and then residual stresses were obtained.The effects of the carburized part, the web structure, and the rim thickness on the residual stress were determined.