可加工硅碱钙石微晶玻璃/金属铜功能梯度材料(英文)

采用粉末冶金法经1000℃烧结制备了可加工硅碱钙石微晶玻璃/金属铜功能梯度复合材料(functionally gradient materials,FGM),其中金属含量(质量分数)为0,20%,40%,60%,80%和100%,呈非对称梯度变化。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线电子能谱等分析了材料的微观结构和微区元素含量,用万能材料试验机测试了复合材料的弯曲强度。结果表明:硅碱钙石微晶玻璃/金属FGM的结构呈宏观不均匀且微观连续变化,微晶玻璃相与金属粉末相结合紧密,两相均相对独立,两者之间没有发生化学反应;随着金属粉末含量的增加,硅碱钙石微晶玻璃/金属功能梯度复合材料中各梯度层的热膨胀系数和力学性能逐渐变化。

3Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层的微观结构与性能

为了提高钢基体微晶玻璃涂层的韧性,在Q235钢基体上采用涂搪法制备了钇稳定四方相氧化锆/Li_2OZnO-Al_2O_3-SiO_2(3Y-TZP/LZAS)微晶玻璃功能梯度涂层。采用XRD、SEM分析了梯度涂层的物相组成和微观结构,采用压痕法测试并计算了涂层的显微硬度和断裂韧性,通过粘接–拉伸法测试了涂层的结合强度。结果表明,3Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层各层之间的界面结合紧密;涂层与钢基体依靠玻璃中的SiO_2与铁的氧化物发生界面反应形成牢固的结合,反应产物为Fe_2SiO_4和FeSiO_3;涂层的显微硬度和断裂韧性沿涂层厚度方向逐渐增大,涂层韧性提高是表面残余压应力增韧、3Y-TZP相变及3Y-TZP的颗粒增韧共同作用的结果;梯度涂层与Q235的结合强度达16.3 MPa。热震实验表明,梯度涂层在300℃下经历30余次热循环,表现出较好的抗热震性能。

Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层残余应力的有限元分析

设计了Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层,使用有限元软件分析了成分分布指数、梯度层数目和梯度层厚度等参数对涂层/基体界面残余热应力的影响。结果表明:功能梯度材料的最佳成分梯度指数为m=1;涂层最佳层数为3-5层;涂层最佳厚度为1-1.5 mm;涂层表层主要分布为径向压应力;在涂层/基体界面的边缘区域应力集中较为严重;涂层/基体界面处的径向应力、轴向应力和剪切应力与成分分布指数、梯度层数目和梯度层厚度有密切的关系。用涂搪法制备了梯度涂层,用X射线衍射法(XRD)测试了涂层表面残余应力,验证了有限元结果的准确性。

Q235钢基体表面微晶玻璃功能梯度涂层的残余应力分析

运用ANSYS有限元软件对Q235钢/微晶玻璃梯度涂层复合材料在制备过程中产生的残余应力进行了数值模拟。建立了该复合材料的有限元分析模型,探讨了不同层数、层厚对该复合材料体系残余应力分布的影响。结果表明:在基体与梯度涂层的界面边缘处存在较大的应力集中;随着层数或层厚的增加,涂层表面最大径向残余压应力增大;梯度层数和涂层厚度对界面处的残余应力都有明显影响。此模拟分析结果可以为该梯度涂层复合材料的设计和制备提供理论依据和参考。