考虑非傅里叶微尺度效应涂层基体复合结构热冲击强度研究

针对在涂层热冲击研究中忽略非傅里叶传热微尺度效应的问题,本文引入一维平板涂层基体复合结构物理模型,建立涂层双曲线型传热、基体抛物线型传热的数学模型Ⅰ,并根据交界面处的传热行为建立合理边界条件.在此基础上,构建了涂层、基体的热弹性力学模型.采用隐式差分法对模型离散化处理,得到温度场的数值解,进而求得应力场,并给出了具体算例.同时,建立涂层和基体均为抛物线型传热的数学模型Ⅱ作为对比研究.结果表明:当初始条件和热扰动均相同,并考虑非傅里叶传热的微尺度效应时,在涂层内,模型Ⅰ热应力表现出变化的延迟性、分布的局域性以及波动性,任意位置热应力都不是从0开始变化,而模型Ⅱ不存在波动性,任意位置热应力从0开始变化.模型Ⅰ热应力产生后,率先达峰且峰值大于模型Ⅱ.在基体内,模型Ⅰ热应力大于模型Ⅱ,且变化梯度较大.在交界面处,模型Ⅰ产生“反射效应”,此处应力值以及应力骤降值均大于模型Ⅱ.对比表明,模型Ⅰ受到的热冲击更加复杂剧烈.该研究为极端热传导环境下确保涂层可靠性提供了有益参考.

涂层／基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望

界面结合强度是涂层／基体材料体系中的一项重要力学性能指标．而表征与评价涂层／基体材料的界面结合强度又得依靠实验方法的测定．由于涂层／基体材料体系的多样性与复杂性,至今还没有形成适合于测量这类材料的界面结合强度的标准方法．目前,常用来测量涂层／基体材料的界面结合强度的方法有:拉伸法、剪切法、弯曲法、划痕法、压入法等．本文就目前表征与评价涂层／基体材料界面结合强度的测量方法做了综述,讨论了它们的适用范围,比较了它们的优势与不足．

热喷涂涂层和基体中残余应力预报与控制研究

分析研究了热喷涂涂层和基体中残余应力产生的原因并发展建立了相应的理论模型。依据该模型,不但可以计算骤冷过程和冷却过程在涂层/基体结构内引发的残余应力,而且首次分析了沉积过程中,基体/涂层因喷射冲击(即喷涂粒子高速撞击基体及形成的涂层表面)而产生的残余应力,以及因基体/涂层热膨胀系数不匹配产生的残余应力。理论计算结果与实验结果基本吻合。通过理论计算,可以预报涂层/基体中残余应力的大小,并根据需要控制涂层/基体中残余应力的分布。对即将进行的热喷涂工艺具有一定的指导意义。

不同材料涂层/基体界面应力的有限元评价

涂层 /基体结合强度是衡量喷涂质量的关键指标。利用有限元方法对涂层 /基体剪切结合强度的测定方法进行了力学分析 ,着重讨论了涂层 /基体交界面上的应力分布。然后 ,在此基础上 ,针对 3种不同涂层材料 (Al2 O3、Al、Cr3C2 / Ni- Cr) ,对涂层 -基体交界面进行了应力分析 ,比较了不同的涂层材料性能对涂层 /基体剪切结合强度的影响 ,给实际喷涂工艺有一定的指导意义。

基体性质对含涂层系统压痕响应的影响

对涂层／基体系统中，基体性质对涂层压痕力学行为的影响进行了研究，得出了基体对压痕载荷位移曲线的影响规律。研究表明：在给定的条件下，当压痕位移为涂层厚度的12％～16％时，由于基体屈服强度的变化，导致压痕载荷位移曲线在此处发生偏离；在压痕位移小于涂层厚度的10％时，不同的基体屈服强度得到的压痕响应完全一致，即基体的改变对压痕响应的影响是可以忽略的；同时还发现，在压痕位移为涂层厚度的30％时，如果基体屈服强度小于2000MPa时，基体屈服应力的改变会改变涂层的压痕力学行为，而当基体屈服强度大于2000MPa时，即使继续增大基体的屈服应力，所得到的载荷-位移曲线几乎重合，即其影响可以忽略。

激光层裂法测涂层／基体结合力

用激光层裂法测涂层／基体结合力，用普通的ＹＡＧ脉冲激光器成功地将ＴｉＮ涂层与纯Ｆｅ基体分离，电子扫描照片显示，被激光照射的纯Ｆｅ表面有局部熔化现象，涂层剥落处基体有明显塑性变形，涂层的折断形式为脆性断裂．试验中激光导致的应变速率约为３４５×１０￣６ｓ－１，涂Ｒ／基体结合强度约为５４２ＭＰａ。

钛基体涂层电极在处理有机废水中的应用

在有机废水的电化学处理过程中,电极处于核心地位。随着工业的日益发展,有机废水污染问题的日益严重,人们对有机废水的处理越来越关注。因此,在有机废水的处理过程中,对相关的电极进行研究也很必要。介绍了不同系列的钛基体涂层电极的制备及其在有机废水降解方面的优缺点,并对实际应用中,钛基体涂层电极存在的问题做了总结以及对钛基体涂层电极的发展做出了展望。

爆炸法制备钛基体羟基磷灰石涂层试验研究

采用爆炸法制备了钛基体羟基磷灰石涂层 ,利用热力学和爆轰波原理获得爆炸的各种参数 ,用爆轰波理论分析了试验的结果。由于曲面波的原因 ,造成涂层不均匀、试件变形较大 ,而含铝复合涂层较为均匀。为制备稳定的钛基体羟基磷灰石涂层提供了一种新方法。

基于光弹实验与有限元法的涂层/基体接触应力分析

表面涂层处理常用于保护机械零件表面、减少磨损和提高使用寿命,涂层上的应力分布对零件表面破坏有着重要的影响.文中以聚碳酸酯/环氧树脂为涂层/基体材料,采用光弹实验对受载的涂层/基体进行光弹条纹采集,根据实验条件利用Abaqus软件建立涂层/基体的有限元模型,分析不同涂层厚度和载荷下的应力分布情况.实验和数值分析结果表明:在接触应力场中,最大剪切应力出现在材料的次表层而非表层,随着加载量的增大,最大应力值逐渐向基体扩展;不同涂层厚度下,应力场在结合界面处出现较大的突变,主要是由涂层与基体的材料物理性能不一致导致;光弹实验和有限元法得到的应力分布基本上是一致的.

涂层硬质合金结构及材料的研究进展

涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性,延长了其制品的使用寿命。本文主要从材料学角度,综述了涂层结构类型、涂层材料及结构、涂层基体等方面国内外涂层硬质合金的研究进展,联系具体涂镀技术和工艺,对比和讨论了不同类型涂层的物理性能、机械性能和切削性能,并对涂层硬质合金行业的发展进行了展望。

涂层硬质合金的最新研究进展

近年来,涂层硬质合金在涂层材料、物理结构、涂层技术、晶粒尺度、基体等诸多方面取得了长足进步。本文从材料学角度,综述了涂层硬质合金在涂层方法、涂层结构类型、涂层材料及结构、涂层基体等方面的国内外研究进展,结合具体涂镀技术和工艺,对比和讨论了不同类型涂层的物理性能、力学性能、切削性能和适用范围,并对涂层硬质合金行业的发展进行了展望。

消声涂层的吸声性能

在选择合适的涂层基体的基础上,研究了在基体中掺入无机粉体填料的涂层的吸声系数。实验结果表明不同的材料基体、涂层填料的种类、粒径、形状极大地影响了消声涂层的吸声性能。同一种填料,用量增加,吸声系数升高。对材料组成进行优化后,合成了平均吸声系数达92.6%的样品。

基体界面屈服强度和残余应力失配对界面裂纹扩展的影响

对基体界面屈服强度和残余应力失配情况下的界面裂纹扩展机制进行了力学理论分析,并通过位错与裂纹的关系理论计算了界面裂纹尖端塑性区尺寸。结果表明:当界面裂纹由低强度区向高强度区扩展时,高强度区的残余压应力和屈服强度减少了裂纹尖端的塑性区长度和裂纹尖端张开位移,从而起到了抑制界面裂纹扩展的作用。

硬质合金涂层刀具在加工过程中发生脱钴的探讨

从实际生产过程中,对WC+TiC+TaC(NbC)+Co硬质合金涂层基体中粘结相的分布不均。

纳米Al_(2)O_(3)/TiO_(2)多层涂层的低温制备及其性能

采用原子层沉积技术(ALD)在200℃低温条件下将纳米Al_(2)O_(3)/TiO_(2)多层涂层沉积在硬质合金刀具表面。利用扫描电镜SEM、划痕测试仪和三向测力仪以及数控机床等设备,对不同形式的纳米Al_(2)O_(3)/TiO_(2)多层涂层刀具的涂层-基体结合力和切削性能等进行研究。结果表明,基于原子层沉积技术低温制备的纳米多层涂层刀具的涂层-基体结合强度高;涂层层数、涂层沉积顺序及涂层层厚比对纳米多层涂层刀具的切削力有不同程度的影响;纳米多层涂层刀具更适合高速切削,当切削速度大于2.33m/s时,纳米多层涂层刀具的切削力和摩擦因数呈下降趋势,表现出良好的切削性能,其中双层纳米涂层刀具的切削性能更好;在高速切削时,纳米多层涂层刀具表面摩擦因数比普通未涂层硬质合金刀具低,纳米Al_(2)O_(3)/TiO_(2)多层涂层能够有效改善刀具的黏结磨损,减少刀-屑粘黏现象和烫伤现象,能够改善刀具表面的耐磨损性能。

涂层中任意奇异点的弹性基本解研究

在涂层与基体分别为不同材料的涂层-基体体系中,涂层材料内存在一任意奇异点,运用格林函数法,推导得到这个问题的一般弹性基础解,运用几个退化模型证明基本解的正确性,并用三个简单的例子演示了此基本解的应用。一般任意奇异点可以是位错、点力、点距、点应变等,所以这个基本解是一系列不同奇异点弹性基本解的一般形式。这个广义的基本解可以作为格林函数法中的核函数用来求解其他更多更复杂的涂层基体问题,例如界面裂纹、TGO残余应变、材料不匹配、夹杂及热膨胀问题、相变问题等。

熔盐处理对SiC陶瓷表面及其与Si涂层界面性能影响研究

环境障涂层体系中粘结层与基体的结合性能是评价其质量的重要指标之一。本文针对环境障涂层中硅粘结层与硅基陶瓷材料结合性能不理想的问题,采用Na2CO3和Na2SO4熔盐作为蚀刻剂对SiC陶瓷表面进行粗糙化处理,研究了SiC陶瓷表面熔盐处理后的显微形貌、粗糙度以及物相组成。采用真空等离子喷涂技术制备了Si涂层,采用划痕法、压痕法以及拉伸结合强度测试法表征了涂层-基体界面的性能,发现采用高温熔盐处理方法可以显著提高Si涂层与SiC陶瓷之间的界面结合性能。本工作初步验证了高温熔盐处理方法是一种有效的陶瓷表面粗糙化处理技术。

石墨表面氧化锆陶瓷防护涂层组织性能研究

采用棒材火焰喷涂工艺,以不同致密度的氧化锆陶瓷条棒为喷涂材料在石墨基体上制备了氧化锆陶瓷防护涂层,对涂层的组织形貌、结合强度和抗热震性进行了测试研究。结果表明,采用不同致密度的陶瓷条棒可制备出组织致密的涂层,氧化锆陶瓷涂层在石墨基体表面的结合强度最高可达5.0MPa,在6.3×10^(-1)Pa真空环境下涂层的室温~1300℃抗热震性良好,涂层结合强度和抗热震性随涂层致密度的提高而提高。

SiC_(f)/TC17复合材料制备方法对界面反应层 生长动力学的影响

连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiC_(f)/Ti复合材料)具有良好的比强度和综合力学性能,是新一代装备研制备受关注的轻质高温结构材料。SiC_(f)/Ti复合材料可采用箔压法(FFF)和基体涂层法(MCF)进行制备,为对比两种工艺方法对其界面反应生长的影响,采用FFF和MCF分别制备SiCf/TC17复合材料。对两种工艺制备的SiC_(f)/TC17复合材料在高温下(800~900℃)进行热暴露处理,通过扫描电镜对其微观结构及界面反应层厚度进行分析,获得界面反应层在高温下的生长速率,并进一步获得不同制备工艺状态下材料的界面反应动力学参数。结果表明:相同温度下MCF法制备的SiC_(f)/TC17复合材料界面反应速率大于FFF法制备的复合材料,前者的反应速率因子k0为4.942×10^(−3) m/s^(1/2),反应激活能Q为276.3 kJ/mol,后者的界面反应速率因子k0为8.149×10^(−3) m/s^(1/2),反应激活能Q为291.7 kJ/mol。这是由于MCF法制备的钛合金基体具有更微小的相组织,具有较小的反应激活能,在高温下具有更高的元素扩散速率。