论文题目: 等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 吴卫枫
导师: 李德元,王赫莹,董晓强
关键词: 等离子弧喷涂,陶瓷涂层,结合强度,抗热震性,应力模拟
文献来源: 沈阳工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文在原有的实验基础上,进一步确定了等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的工艺参数,并对涂层进行了拉伸实验和抗热震实验。 在涂层的拉伸强度实验中,采用单一Al2O3陶瓷涂层和以FeCrAl为粘结层的Al2O3陶瓷涂层两种试样进行拉伸强度测试。结果表明,有粘结层涂层的结合强度明显高于无粘结层涂层的结合强度。这是由于FeCrAl粘结层减缓了金属基体与陶瓷涂层之间热膨胀系数的突变,降低了界面处的热应力,从而提高了层间的结合强度。 为研究等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的抗热震性能,本文对不同结构的涂层进行了600℃环境下的热震实验,并分析、探讨了涂层的热震失效机制。结果表明,涂层热震失效的本质为热循环应力作用下的疲劳失效,其失效过程主要是裂纹形成、扩展及涂层剥落。在陶瓷工作层与基体间增加FeCrAl或Al金属过渡层可有效地减缓涂层内的热应力,阻碍涂层内裂纹的形成及扩展,从而提高涂层的抗热震性能。Al2O3陶瓷涂层低温下热震失效是由于层间裂纹或层内裂纹引起的。对于无粘结层的涂层,层间裂纹的萌生及迅速扩展而导致涂层自界面剥离、脱落是失效的主要原因;对于有粘结层的涂层,陶瓷涂层内的片层问裂纹的萌生、扩展而导致涂层局部剥离、脱落是失效的主要原因。 此外,本文还采用ANSYS有限元分析软件对等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层和AlAl2O3涂层中的残余应力进行了模拟计算,得出了两种涂层的应力分布。结果表明,涂层的残余应力以平行于涂层表面的应力为主。这样在急冷、急热及冲击等工况条件下,受此残余应力的作用而易产生垂直于涂层表面的裂纹,从而导致涂层开裂、剥落,涂层失效。分析表明,Al层的添加降低了金属基体和涂层结合界面的应力,缓减了基体和陶瓷涂层之间的应力突变,促进了Al2O3陶瓷涂层与金属基体之间的结合。因而AlAl2O3涂层比Al2O3陶瓷涂层具有更好的结合效果和抗热震性能。
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 等离子弧喷涂陶瓷涂层材料的应用和发展
1.1.1 陶瓷涂层在航空、航天、汽车、船舶等方面的应用
1.1.2 等离子陶瓷涂层的发展趋势
1.2 等离子弧喷涂的特点及工艺
1.2.1 等离子弧喷涂技术的特点
1.2.2 等离子弧喷涂工艺
1.3 等离子弧喷涂Al_2O_3陶瓷涂层
1.3.1 Al_2O_3陶瓷的结构及性能
1.3.2 等离子弧喷涂Al_2O_3陶瓷涂层
1.4 本课题研究的目的、意义
2 实验原理、设备、材料选用及喷涂工艺参数
2.1 等离子弧喷涂基本原理
2.2 材料的选用
2.2.1 基材的化学成分
2.2.2 FeCrAl的化学成分
2.2.3 陶瓷粉末材料
2.3 实验设备
2.3.1 等离子弧喷涂设备及其工作过程
2.3.2 实验所用其他设备
2.4 喷涂工艺参数
2.4.1 喷涂前预处理
2.4.2 喷涂主要工艺参数的确定
2.4.3 实验选用的喷涂工艺参数
3 陶瓷涂层结合强度试验
3.1 试样尺寸和制备
3.2 拉伸过程
3.3 拉伸结果及分析
4 等离子弧喷涂Al_2O_3陶瓷涂层的抗热震性能试验
4.1 陶瓷涂层抗热震性能判断的理论及依据
4.2 试验过程
4.2.1 涂层试样尺寸及设计
4.2.2 抗热震性能实验
4.3 Al_2O_3涂层的抗热震性能实验结果
4.4 Al_2O_3涂层的抗热震性实验结果分析
4.4.1 涂层横断面组织特征
4.4.2 涂层试样热震失效分析
5 等离子弧喷涂Al_2O_3陶瓷涂层应力模拟
5.1 ANSYS有限元模拟概述
5.2 热应力问题的基本方程及边界条件
5.2.1 热弹性问题的边界条件
5.2.2 热弹性基本方程
5.1 模拟计算
5.3.1 单元类型及材料属性的确定
5.3.2 建模及网格划分
5.4 加载及求解
5.5 模拟结果与分析
5.5.1 涂层试样温度场的模拟结果
5.5.2 涂层应力场模拟结果
5.5.3 模拟结果与涂层性能实验的联系
6 结论
参考文献
在学研究成果
致谢
发布时间: 2005-07-14
参考文献
- [1].等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层失效分析及数值模拟[D]. 胡广旭.沈阳工业大学2008
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