涂层与基体的结合强度是涂层重要的机械性 能之一,它直接关系到涂层修复和强化零件使用 性能的可靠性,涂层与基体结合不良将直接导致 涂层的剥落[1 - 2 ] ,其本质原因可解释为在界面结 合处残余应力达到极限所致[2 ] ·基体与涂层结合 时刻的温度分布在很大程度上决定了最终涂层中 残余应力的水平[3 - 5 ] ·
1 薄壁工件涂层的热物理工程模型 设直径为d 、面积为S = πd2 4 的光斑沿圆柱 面轴向移动的速度为v ,则一个行程内,经过t0 = d/ v 时间,在基体表面形成厚度约为δmin ( 50～ 150μm) 的一层喷油子层· 单位时间内被阳极光斑加热的粉末的量称为粉末注入率·考虑到不是所有的粉末都能够进入 等离子流并被加热,最终形成涂层喷敷在基体的 表面,用形成涂层的质量流量mc 与喷油材料的 质量流量mp 之比来表征喷油材料的利用率, 即 Ku = mc/ mp·当实际消耗粉末的质量流量为m , kg/ s ;则涂层的质量流量m′可由公式m′= m · Ku 计算出·厚度为δmin的涂层喷抢需停留时间为考虑到涂层实际形成过程的复杂性, 本文提 出“薄壁工件”和“厚壁工件”的概念·薄壁工件是 指喷油体系中基体的尺寸与涂层厚度接近,即在 一个数量级之内·本文所建立的模型是基于对涂 层- 薄壁工件体系喷油过程的分析和残余应力形 成的机理研究[6 - 9 ] , 提出了体系升温过程可分为 两个阶段:初始阶段和完成阶段·并根据体系温度 变化对残余应力水平影响的机理, 提出两种可能 的假设· 1) 从涂层基体开始接触直至温度达到一致 瞬间( t = t1) 时刻的温度变化,称为升温过程的初 始阶段;喷油的粉末与基体的结合发生在这一时 刻,残余应力的大小也就取决于该时刻的温度场 (即t≈0) · 2) 涂层与基体界面温度达到一致后,体系共 同升温到最高温度,称为升温过程的完成阶段,颗 粒与基体的结合发生在喷油过程中体系界面达到 最高温度时刻,即( t = tmax) ·
1) 建立了基于喷油工艺参数的等离子喷油 颗粒沉积过程温度场的工程热物理模型·研究结 果表明,喷油过程中,涂层与基体温度变化分为两 个阶段:初始阶段和完成阶段·当被等离子流加热 的喷油颗粒与基体撞击,界面温度很快达到一致, 体系温度不超过相应喷油材料熔点的15 %;完成 阶段涂层与基体进一步升温至最高温度后并在界 面处结合· 2) 在建立热平衡方程的基础上提出了等离 子喷油涂层- 基体体系温度场计算解析式,可作 为进一步计算涂层内残余应力分布的依据· |
