封严涂层材料及其可刮削性的评价

概述了涡轮发动机气路密封中几种常用的封严涂层;讨论了将"可刮削性"作为重要评价指标的意义;综述了美欧等国通过研制高速刮擦设备,进行模拟工况下的摩擦磨损试验,建立评价封严涂层的有效判据或磨损机制图的研究工作.指出我国开展封严涂层的研究方向是研制高速/高温的摩擦磨损试验设备,进行模拟工况下的摩擦磨损试验,探索评价封严涂层"可刮削性"的有效判据,从而指导封严涂层的成分优选和制备工艺的优化,以及预测封严涂层的可刮削性和服役条件.     

基于PSO-SVR的非均质涂层组织均匀性超声表征

针对非均质涂层组织均匀性超声衰减法表征中存在的非线性和不适定问题,提出一种基于多尺度超声衰减系数的粒子群优化-支持向量回归(PSO-SVR)表征方法。基于非均质材料中超声波散射的“多尺度效应”,利用连续小波变换获得涂层的多尺度超声衰减系数,使涂层在不同频带范围内的超声响应得到充分提取。以多尺度衰减系数作为输入向量,借助 SVR 在小样本条件下优异的数据挖掘和自动学习能力,实现多因素耦合约束下涂层组织均匀性信息的有效解耦,并引入粒子群优化和交互检验技术对 SVR 关键超参数进行全局优选。采用该模型对铝硅聚苯酯封严涂层的组织均匀性进行预测,结果表明, 涂层分布均匀性长度模型预测值与显微 CT 原位标定值间的决定系数 R²和均方误差 MSE 分别为 0.834 和 0.824,与反向传播算法(BP)、径向基神经网络(RBF)和广义回归神经网络(GRNN)等人工神经网络模型相比,PSO-SVR 模型在小样本条件下具有更好的泛化能力和更高的预测精度。研究结果为非均质材料组织均匀性的定量无损表征提供了新的研究思路。     

基于超声声压反射系数相位谱法的热障涂层非均匀性表征

利用声压反射系数相位谱法对厚度为（50±5）μm,等离子体喷涂方法制备的Cr2O3陶瓷涂层的非均匀性进行了超声表征。对试样不同位置进行了声压反射系数幅度谱和相位谱测试分析,发现由相位谱测得的不同位置的声速值存在差异并且相位谱极值间的变化规律相反。结合扫描电镜（SEM）分析,认为这种差异是由涂层中孔隙与裂纹密集程度不同所引起的。借助数值计算,分析了涂层密度对相位谱的影响,进而解释了同一涂层试样相位谱极值间变化规律相反的原因。试验和数值计算结果表明,声压反射系数相位谱对涂层内部组织结构的变化更为敏感,可以用来表征涂层的非均匀性。     

泡沫铝泡体均匀性的定量表征

基于数字图像处理与分析技术,提出一种可取代目测这种定性评价泡沫铝中泡体均匀性的定量表征方法。泡沫铝中泡体均匀性的定量表征主要包括如下3个步骤：首先通过表面修饰使泡沫铝截面上的孔洞同孔筋之间产生适当的反差,同时获取泡沫铝样品截面照片;然后用图像处理软件Photoshop将截面照片转化成灰度图,并用大型科学计算软件Matlab、选取适当的阀值将所获得的灰度图二值化,得到黑白化图像;最后利用图像分析软件进行相关参数的计算。结果表明：该泡沫铝中泡体均匀性的定量表征结果与感观分析基本一致;另外,该方法还可以用来计算泡沫铝的面孔隙率,用该方法计算的泡沫铝面孔隙率与测试出的体孔隙率之间的误差约为4%。     

以锐角比率为测度的金刚石分布均匀性定量评价

金刚石在胎体中的分布形态对于金刚石工具的性能有着重要的影响。为了定量评价金刚石在胎体中的分布格局,本文在对金刚石钻头表面进行数字图像分析的基础上,采用锐角比率作为指标,对3个钻头中金刚石分布的均匀性进行了计算;并把它的计算结果与角度平均值法、最近距离法的结果进行了比较。实验结果表明：锐角比率法、角度平均值法和最近距离法都能反映各钻头的金刚石分布均匀程度的差异,但锐角比率法有一定的分类能力,区分度最好;角度平均值法和最近距离法都难以对金刚石分布格局进行准确分类。     

基于随机介质理论的热障涂层随机孔隙模型构建

基于随机介质理论、采取统计学方法,将热障涂层(TBCs)中孔隙和裂纹引起的局部密度和弹性模量起伏用空间自相关函数及某些统计参数来描述,借助极值搜索法对连续随机介质模型进行改造,并针对涂层孔隙率及各向异性取向等进行模型参数优化,提出并建立了TBCs随机孔隙模型。将模型模拟结果与ZrO2涂层SEM观察结果进行对比表明,所建立的模型能够较好地描述热障涂层中的孔隙、裂纹形貌特征。本研究对于确定TBCs孔隙特征与涂层性能的理论关系以及涂层性能计算研究具有较大意义。     

喷砂表面的多尺度分析与表征

目的对喷砂表面的复杂轮廓特征进行分析和表征,以选取能表征最佳工艺参数的三维粗糙度参数。方法以喷砂工作距离为变量对AISI 304L不锈钢试样进行喷砂处理,对喷砂处理后试样的表面形貌开展多尺度分析,选取5个评价尺度,每个评价尺度下采用12个常用的三维粗糙度参数进行表面形貌表征;分析各个粗糙度参数对于评价尺度的变化规律,同时进一步考虑喷砂工作距离对喷砂表面形貌的影响,在适宜评价尺度下建立粗糙度参数和工艺参数之间的线性回归模型。结果大部分三维粗糙度参数(Sku)的最优评价尺度均为80μm,在该评价尺度下,Sku与喷砂工作距离之间存在线性关系,且其线性相关系数最大;随着喷砂工作距离的增加,Sku随之增大,试样表面形貌的峰谷数量也随之增大。结论本次喷砂工艺实验的最优评价尺度为80μm,最优表面形貌表征参数为Sku,与普遍使用的Sa和Sq相比,Sku包含更多三维形貌信息,能更好地刻画喷砂工作距离对表面形貌的影响。     

多尺度WC-Co金属陶瓷涂层的研究现状

WC基金属陶瓷是应用广泛的耐磨材料,具有低孔隙率、高硬度、出色的耐磨性和抗氧化性的特性.介绍了多尺度对WC-Co涂层的组织与性能的影响.综述了采用不同方法制备的多尺度WC-Co金属陶瓷耐磨涂层的研究进展.提出了热喷涂多尺度WC-Co金属陶瓷耐磨涂层未来的发展趋势.     

金属变形过程的微观组织表征和多尺度建模方法

不同条件下金属材料变形过程的组织演变规律和形/相变机理是本构建模的基础,利用先进表征工具开展的研究不断深化对微观结构和宏观现象间关系的认识,多尺度计算模型的发展促进金属加工及服役过程的形/性预测精度逐渐提升.综述了近年来透射电子显微镜、扫描电子显微镜和三维X射线衍射等先进表征方法的发展及其在探究金属材料组织演变规律和形...     

电沉积层厚度分布均匀性的研究进展

厚度分布尽可能均匀是绝大多数电沉积应用场合努力实现的目标。从电解液组分、电源、电沉积槽、阳极与阴极的结构形状及布局、电解液的搅拌方式等方面介绍了它们与电沉积层厚度分布之间的关系及其研究进展。协同改善电沉积过程中阴极的电场与流场分布是众多研究的主要思路,并在经验性改进方案和案例性数值仿真方面取得很大进展。未来的探索应更多地从理论角度提出通用性解决方案。     

热喷涂涂层孔隙结构表征研究进展

孔隙在热喷涂制备的涂层中较为常见,孔隙的形貌、大小、分布特征等对涂层的性能有着重要影响。因此,对热喷涂涂层孔隙结构特征的表征显得尤为重要。本文对热喷涂涂层孔隙结构的表征方法进行了综合评述,常用的图像分析法包括通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜组织图像中的孔隙结构特征进行分析,浸渗压入法,气体吸附与解吸附,原子力探针接触式测量,射线三维扫描成像(X射线、中子射线等),超声波成像分析等。分析比较了各类方法的优缺点以及适用范围等,并对热喷涂涂层孔隙结构表征技术的发展进行了展望。     

Quantitative Topographical Characterization of Thermally Sprayed Coatings by Optical Microscopy

Topography measurements and roughness calculations for different rough surfaces (Rugotest surface comparator and thermally sprayed coatings) are presented. The surfaces are measured with a novel quantitative topography measurement technique based on optical stereomicroscopy and a comparison is made with established scanning stylus and optical profilometers. The results show that for most cases the different methods yield similar results. Stereomicroscopy is therefore a valuable method for topographical investigations in both quality control and research. On the other hand, the method based on optical microscopy demands a careful optimization of the experimental settings like the magnification and the illumination to achieve satisfactory results.     

基于多重分形的可磨耗涂层相结构表征及高速刮磨行为分析

目的研究不同结构铝硅聚苯酯(AlSi-PHB)低温封严涂层中聚苯酯相的分布在高速刮磨条件下与涂层刮削力的关系。方法利用大气等离子喷涂方法制备三种不同结构的AlSi-PHB封严涂层,采用扫描电镜和激光共聚焦设备获得涂层截面形貌的金相照片,通过Matlab软件得出表征聚苯酯相分布的多重分形谱。采用UMT-2微摩擦磨损实验机得到摩擦系数。通过高速转子试验台测得涂层在给定高速刮磨条件下的刮削力,并分析涂层的摩擦磨损机制。结果多重分形谱可以定量表征聚苯酯相的分布及大小颗粒数目比例。三种摩擦副得到的摩擦系数分别为0.64、0.56、0.55,高速刮磨过程中的刮削力分别为104、154、90 N。三种涂层都发生了微观切削和粘着磨损的摩擦磨损机制。结论在聚苯酯相含量相差不多的情况下,平均摩擦系数与聚苯酯相含量、分布均匀程度及颗粒大小数目比例有关:聚苯酯含量越多,平均摩擦系数越小;在聚苯酯相含量相差不多的情况下,聚苯酯相分布越均匀,颗粒越细小,摩擦系数越小。同时,聚苯酯相的分布均匀程度会影响高速刮磨过程中的刮削力,聚苯酯相分布越均匀,涂层结合强度越高,刮削力越大,涂层越不容易发生脱落。     

Rietveld法定量分析NiCrBSi晶化涂层

应用Jade7.0和MAUD软件对523℃和628℃热处理4、6h的NiCrBSi涂层X射线衍射网谱进行Rietveld全谱拟合定量分析.结果表明:两种软件拟合结果的Rwp值都在8%～11%,两者定量分析的结果相差不大.Rietveld定量分析结果表明,涂层中的γ-Ni相随热处理温度和热处理时间的增加而增加,揭示了涂层显微硬度值下降的原因.     

基于多尺度几何分析的区域分割算法研究

针对逆向工程基于种子增长区域分割法中种子区域选择和种子增长问题,提出了一种将多尺度理论与区域增长法相结合的点云自动分割方法.采用曲率尺度空间实现多尺度几何分析和特征检测;以多尺度特征检测中大尺度下特征检测作为初始种子区域;基于多尺度特征检测结果之间的相关性,提出按照多尺度特征检测结果进行种子增长;利用转角作为种子是否增长的度量标准;通过特征融合实现特征分割的优化.用多尺度几何分析代替传统单一尺度分析,保证了种子区域选择的稳定性和种子增长方式的可靠性.激光扫描曲面点云分割实例表明:提出的方法可以有效地实现逆向工程特征分割.     

粉末粒径对等离子喷涂YSZ涂层孔隙结构的影响

目的研究粉末粒径对等离子喷涂YSZ涂层孔隙结构的影响。方法针对两种粒径的YSZ粉末,采用大气等离子喷涂方法制备了热障涂层并进行高温热循环处理。通过定量金相技术,分析两种涂层孔隙结构的差异及其在热循环过程中的演化规律。结果 45~60μm YSZ粉末制备的涂层的热循环寿命比15~25μm粉末制备的涂层高40%。两种涂层的孔隙结构具有明显差异。喷涂态时,粗粒径粉末涂层的孔隙率高于细粒径粉末涂层,两种涂层的孔隙朝向特征相似。预热处理后,两种涂层的孔隙率有所降低,然后随着热循环次数的增多又逐渐增大。热循环后,细粒径粉末涂层中,水平朝向的孔隙比例约为涂层总孔隙的三分之二,而粗粒径粉末涂层中则是垂直孔隙的比例高于水平孔隙。涂层中孔隙含量随其朝向角度的累积变化符合S型增长规律。喷涂态涂层的累积曲线形状相似,而热循环后,两种粒径制备的涂层的S型曲线向两个相反的方向偏移。结论粗粒径YSZ粉末制备的热障涂层抗热循环性能优于细粒径粉末制备的涂层。涂层中孔隙含量随其朝向角度的累积变化曲线的形状,反映了两种粒径制备涂层的孔隙朝向特征的差异。     

基于分形理论的圆柱面接触密封特性分析

以圆柱面过盈配合形成的密封副的可靠性设计主要依据密封比压,未考虑接触面微观结构对密封泄漏失效的影响。为掌握微观结构与圆柱面密封泄漏之间的规律,依据分形理论,引入密封接触面过盈配合产生的接触压力与真实接触面积的关系,建立圆柱曲面微观接触泄漏模型,最后通过数值模拟方法分析了接触模型特征参数及材料力学参数对泄漏量的影响规律。结果表明：密封接触面粗糙度是影响密封效果的主要参数;接触面粗糙度不大于1.6μm时,可保证接触面密封效果;提高综合弹性模量可扩大过盈量对泄漏量的调控范围;表面硬度对真实接触面积影响显著,当表面硬度不大于300 N/mm²时,改变硬度对泄漏量影响显著;减小圆柱密封接触面初始最大泄漏孔隙面积,可提高密封件使用寿命。     

基于正态分布的喷丸表面覆盖均匀程度与强化效率研究

目的提高喷丸表面覆盖率分布的均匀程度和强化效率。方法采用图像处理技术分析了单道次喷丸表面覆盖率在喷丸宽度方向上的分布特征,采用正态分布函数对多道次喷丸表面覆盖率分布的均匀程度以及喷丸强化效率进行了研究。结果单道次喷丸中,表面覆盖率在喷丸宽度方向上的分布近似呈正态分布。多道次喷丸中,相邻喷丸道次间距对表面覆盖率影响较大,道次间距越小,表面覆盖率越均匀,两者近似呈线性变化关系。当表面覆盖率均匀程度变化范围在0.91~0.99时,道次间距越小,喷丸强化效率越高。而且,喷丸强化效率受构件长度方向尺寸的影响,尺寸越小,不同喷丸道次间距对应的喷丸强化效率越接近。结论合理选择相邻喷丸道次间距,可在保证喷丸强化效率的基础上有效地提高表面覆盖均匀程度。