冷喷涂TC4涂层临界沉积速度计算及制备涂层性能研究

目的研究冷喷涂TC4涂层的临界沉积速度及粒子温度对临界沉积速度的影响规律,并研究气体压强对沉积涂层性能的影响规律。方法理论研究上,采用有限元LS-DYNA软件中的Johnson-Cook塑性模型,选取3D164计算单元建立模型,研究粒子在不同温度和不同速度下碰撞基体后的形貌特征,确定粒子沉积临界速度。试验研究上,采用N_2作为冷喷涂驱动气体,在TC4合金上制备TC4涂层,然后采用SEM、Image J图像分析软件、硬度计等分析已沉积涂层的孔隙率和硬度等性能。结果 25、400、500、600℃温度下,计算表明10μm的TC4合金粒子在TC4基板上的临界沉积速度分别为730、465、392、361 m/s,即随粒子温度升高,粒子临界沉积速度降低,粒子沉积成涂层更容易。采用冷喷涂工艺在TC4基板上沉积TC4涂层,在N_2温度600℃、气体压力3 MPa的条件下,制备的TC4涂层厚度约1000μm,与TC4钛合金基体结合紧密,涂层孔隙率约为6.46%。结论气体温度升高,粒子临界沉积速度降低;气体压强变大,制备的涂层厚度就大且更加致密。     

304不锈钢表面冷喷涂TC4钛合金涂层性能研究

采用冷喷涂技术在304不锈钢表面制备了TC4钛合金涂层,通过扫描电子显微镜观察了涂层的形貌、组织结构,并利用电化学方法研究了涂层的腐蚀电化学特征。研究结果表明,冷喷涂制备的TC4钛合金涂层致密性存在较为明显的梯度现象,靠近基体的涂层密度明显高于表面;涂层喷涂过程没有出现明显氧化现象,与基体的结合强度可达20 MPa左右;涂层的耐腐蚀性能优于304不锈钢,可大大提升不锈钢材料在海洋环境中的耐点蚀性能。     

冷喷涂制备多孔Ta涂层及生物相容性

目的 提高生物医用钛合金的生物相容性。方法 采用冷喷涂技术在其表面制备了内部多孔且表面粗糙的钽涂层,并对涂层的微观组织、弹性模量、表面粗糙度、孔隙率、相组成等进行表征;通过溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验和细胞增殖实验等评价其血液相容性。结果 涂层表面粗糙度为24.9μm,孔隙率为12.6%,弹性模量为147 GPa。喷涂后涂层相组成为Ta,涂层与基体的结合强度为24 MPa。TC4钛合金基体和钽涂层2种材料均具有优异的红细胞相容性且2种材料表面的动态凝血程度相似,表明在TC4钛合金表面制备钽涂层后,钽涂层不会影响凝血因子的活性。钽涂层具有更好的防止血小板黏附与变形的性能。在细胞增殖实验中,细胞在钽涂层表面的增殖能力略高于TC4钛合金。结论 多孔钽涂层的弹性模量相对钽块降低了22%。其生物活性高于TC4钛合金基体。     

Fe粒子参数对低温超音速火焰喷涂层构建的影响

应用LS-DYNA大应变有限元耦合算法,研究了低温超音速火焰喷涂Fe粒子参数对喷涂层构建的影响.结果表明,随着粒子温度或者速度的升高,粒子所含内能的增加,使得涂层界面温度不断升高,粒子的沉积塑性应变发生变化.粒子在不同基体上的沉积特征表明基体硬度将影响沉积粒子与基体界面的结合状态.随着涂层的构成,后续粒子对已沉积粒子的高速撞击使得先沉积的粒子产生二次塑性变形,并引发温变.先沉积的粒子塑性变形引起的粗化作用将降低后续粒子沉积的临界速度.这些将导致涂层在拉应力作用下发生脆性断裂.     

基于稳定最大应变的冷喷涂粒子临界速度预测

利用ABAQUS显式有限元分析软件,对冷喷涂铜粒子与铜基体的碰撞过程进行了欧拉法数值分析.结果表明,欧拉模型可有效模拟冷喷涂粒子碰撞变形行为,粒子撞击基体形貌的模拟结果与试验观察吻合较好.在不同碰撞速度下,最大等效塑性应变均会快速上升并达到各自稳定值,并且在290～400 m/s内稳定等效应变最大值基本不变,但随着粒子速度增加,粒子扁平化程度、与基体结合面积与金属射流量均明显增加.最后,结合金属射流形貌与等效塑性应变稳定最大值的变化规律,提出了一种冷喷涂粒子临界速度预测的新方法,计算获得了20 μm铜粒子冷喷涂临界速度约为290m/s.     

航空发动机叶片 TiN / Ti 涂层基体冲蚀响应数值模拟

目的研究Ti N/Ti涂层结构变化对TC4钛合金基体冲击塑性应变的影响。方法采用有限元分析软件ABAQUS建立球形Al2O3颗粒冲击覆有Ti N/Ti涂层TC4基体的二维轴对称模型,分析涂层硬质层厚度、硬质层层数对基体在冲击过程中的等效塑性应变的影响规律。结果对于无涂层的基体,其冲击塑性应变仅发生在冲击的加载阶段,冲击塑性应变分为加载及卸载两个阶段,加载阶段基体的塑性应变由球形颗粒的冲击产生,卸载阶段基体的塑性应变由涂层硬质层的回弹产生。对于单层结构涂层,当硬质层厚度低于12μm时,随着硬质层厚度的增加,基体的塑性应变较大且呈振荡变化;当硬质层厚度超过12μm时,随着硬质层厚度的增加,基体的塑性应变减小。对于多层结构涂层,当硬质层的厚度不变,增加涂层硬质层层数使得基体的塑性应变减小。结论有限元可以模拟分析Ti N/Ti涂层结构对TC4钛合金冲蚀性能影响规律,优化Ti N/Ti抗冲蚀涂层的结构设计参数,对抗冲蚀涂层的结构设计及其进一步研究具有指导意义。     

HVOF喷涂WC-12Co粒子沉积行为分析

目的 研究不同超音速火焰喷涂条件下WC-12Co粒子在45^#碳钢基体上的沉积变形行为。方法 基于Johnson-Cook塑性材料模型与Thermal-Isotropy-Phase-Change热材料模型,采用LS-DYNA进行建模分析。结果 不同喷涂参数下,WC-12Co粒子在45^#碳钢基体上的沉积行为存在明显差异。沉积过程中,粒子等效塑性应变幅度高于基体;粒子边缘位置等效塑性应变幅度高于粒子中心轴线位置;粒子初始速度与初始温度的增加有助于提升结合界面温度与粒子扁平化程度;粒子初始温度与粒子初始速度对接触界面能量变化影响程度基本一致,单位粒子初始速度与温度提升的能量贡献比 分别为0.78以及0.76,二者的能量贡献比近似相同;适度的基体预热( =500 K)可以促进粒子变形,加深沉积坑深度,增大粒子与基体的结合面积,有助于提升粒子与基体之间的结合强度。基体过冷( =300 K)将导致粒子“翘曲”,降低粒子与基体之间的结合面积,基体过热( =600 K)将导致二者结合处于不稳定状态,易引起粒子剥落,二者均不利于粒子与基体的有效结合。结论 一定范围内提升粒子初始速度、温度与基体初始温度,可以提高粒子扁平化程度,增大粒子与基体结合面积,提升粒子与基体的结合性能,进一步提高涂层质量。     

钛及钛合金表面涂层制备方法研究现状

随着钛合金应用范围不断扩大,对其性能也提出了更高的要求,钛合金的表面改性成为研究热点。综述了激光熔覆、微弧氧化和喷涂技术在钛合金表面改性中的应用,分析了各种方法的研究进展、影响涂层质量和性能的因素,并对其存在的问题和发展趋势进行了总结。激光熔覆技术在钛合金涂层的应用,主要采用自生制备陶瓷涂层,该方法增强相与基体结合界面干净,结合力较大,不容易脱落;钛合金微弧氧化较为热门的为激光复合微弧氧化技术,但其应用还存在氧化膜的膜基结合和膜层多孔问题,影响基材的耐蚀性;冷喷涂技术在钛合金表面制备喷涂涂层具备制备温度低、涂层沉积率较高、孔隙率低等特点,对冷喷涂钛合金涂层调控手段主要在喷涂参数、粉末状态、基体状态和喷嘴等方面,未来的研究趋势是冷喷涂技术与其他技术如激光熔覆、搅拌摩擦焊等的融合。     

含NiAl涂层的TC4钛合金板材的拉伸失效机理

利用等离子喷涂技术在TC4钛合金零件表面制备涂层是常见的增强钛合金性能的方法，但变形时涂层的失效机理尚不明确。通过室温拉伸试验测试了含NiAl涂层的TC4钛合金板材的力学性能，深入分析了各阶段力学行为的特点。通过金相显微镜观察了涂层中的裂纹，明确了涂层的失效原因，并建立了单向拉伸涂层的失效模型。结果表明：涂层的失效是由开裂和脱粘引起的，开裂是在涂层的厚度方向贯穿涂层的裂纹，脱粘是基体与涂层的机械结合失效导致的分离。开裂和脱粘是涂层失效过程的两个阶段：开裂发生在拉伸前期的弹性阶段，在应力的作用下在涂层中的缺陷处或涂层表面开裂；而脱粘主要发生在拉伸后期的塑性阶段，涂层与基体的结合失效导致涂层脱落。涂层的周期性开裂导致弹性阶段的应力-应变曲线呈现周期性的台阶形状，塑性阶段涂层的脱粘与开裂相遇导致部分涂层残留在基体上。     

真空热处理对冷喷涂304不锈钢涂层弹性模量的影响

采用光学显微镜、电子探针、三点弯曲试验和冷喷涂单边涂层弹性模量理论模型等方法,研究了真空热处理对冷喷涂304不锈钢涂层弹性模量的影响。结果表明：在热处理过程中,304不锈钢涂层内部的金属原子发生扩散、局部粒子界面发生融合,使粒子间结合力和涂层力学性能得以改善;同时涂层中的氧元素也发生扩散形成团聚体,分布于粒子边界处,使得涂层的弹性模量降低。热处理温度低于500℃时,304不锈钢涂层的弹性模量和等效抗弯刚度变化不大,与冷喷态涂层相当;当热处理温度超过500℃后,304不锈钢涂层的弹性模量和等效抗弯刚度随着热处理温度的升高迅速降低;在热处理温度相同的情况下,304不锈钢涂层的弹性模量和等效抗弯刚度随着热处理时间的增加而降低。     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

高等教育国际化与中国高等教育施化力培育

本文从化层、化型、化向与化力等方面考察高等教育国际化的应然本质属性 ,描述与分析中国高等教育在国际化潮流中表现出的发展态势 ,针对种种态势提出中国高等教育核心施化力培育战略 ,以使中国高等教育乃至世界高等教育真正地走向国际化     

Comparative analysis of functional possibilities of methods of pulse treatment of a melt

This paper describes the general features of the functional methods of electrohydropulse, pulse electrocurrent, and magnetic pulse treatment processes of the melt in order to positively vary its crystallizaton ability.     

Effect of solidification rate of the structure of alloys of the system Fe-W

Conclusion In alloy Fe-42% W atomized with a cooling rate during solidification within the limits from 5·10³ to 1·10⁵°C/sec with the maximum cooling rate (not less than 10⁵°C/sec) precipitation of -phase (Fe₇W₆) from the liquid melt is suppressed. In granules of alloy obtained with a high solidification rate it is possible to achieve total dissolution of tungsten in solid solution (42%). Subsequent heating causes precipitation of -phase in dispersed form.I. P. Bardin Central Scientific-Research Institute of Ferrous Metallurgy (TsNIIChERMET) Moscow. Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 9, pp. 34–36, September, 1990.