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。

基于刮磨温度的封严涂层刮磨形貌和黏附形态分析

为了探究航空发动机可磨耗封严涂层与叶片在高速刮磨过程中磨损和黏附情况,使用大气等离子喷涂方法制备Al Si-PHB中低温封严涂层,对其进行高速刮磨试验,并对涂层和叶尖形貌和黏附形态进行研究。通过高速转子试验台测得刮磨过程中径向力和切向力并拟合刮磨温度曲线。采用共聚焦显微镜和扫描电镜设备获取涂层和叶尖表截面形貌、EDS面扫描能谱以及涂层表面粗糙度,采用高精度电子秤测得涂层和叶尖失重量并计算失重速率,进一步佐证刮磨温度变化趋势。结果表明:高速刮磨时的单次切削量影响涂层失重速率,且产生不同的刮磨温度,刮磨温度影响叶尖黏附物状态;叶尖黏附物形态进一步影响刮磨后的涂层表面形貌,最终影响涂层封严性能。对高速刮磨过程中涂层刮磨形貌和叶尖黏附形态进行定性和定量分析,可为判断不同刮磨形态对涂层使用性能影响提供参考。