文档介绍：华北电力大学(北京)
博士学位论文
电热爆炸喷涂法制备亚微米晶涂层的研究
姓名:蒲泽林
申请学位级别:博士
专业:热能工程
指导教师:杨昆;刘宗德
20050301
华北电力大学博士学位论文
摘要
电热爆炸定向喷涂法是一种新的制备亚微米晶、纳米晶涂层新技术。本文较为
系统地研究了该技术制备的亚微米晶涂层的性能以及喷涂过程的电学特性,并对涂
层的温度场进行了数值计算。
对等单一材料涂层以及
等复合涂层的研究表明涂层无传统的层状结构。涂层晶粒明显细化,晶
粒尺寸在数十范围。涂层致密、孔隙率低,在之间。涂层基休
界面结合良好,存在明显的元素扩散现象。涂层硬度大幅度提高,为原始喷涂材料
倍左右。涂层硬度、弹性模量以及弹性回复系数沿涂层横截面方向均呈梯度
递减变化。分析表明涂层在喷涂过程中没有形成新的相,而则有失碳
和烧损现象发生。除。复合涂层有裂纹外,其他两种复合涂层均没有裂
纹。
对涂层断裂韧性的测量表明涂层的断裂韧性呈各向异性的特性,垂直于基体
涂层界面的断裂韧性低于平行于界面方向的断裂韧性。几种涂层断裂韧性的大小
顺序为
采用改进的粘接拉伸法对涂层基体的结合强度进行了测量。结果表明电热
爆炸喷涂制备的涂层与基体的结合强度大于〔胶层剥落,涂层未断裂。
采用干砂型磨粒磨损试验机对涂层、涂层以及涂层的磨粒
磨损性能进行了测试。实验范围内,复合涂层失重最多,涂层次之,
涂层失重最少。和硬度相比,涂层的断裂韧性对涂层的耐磨性更具影响。
电学特性分析表明喷涂材料阻抗随时间的变化表现为缓慢增加一快速增加一
缓慢下降一迅速下降等过程。
分析了电热爆炸喷涂层的温度场特点,建立了一维非线性瞬态温度场的有限元数值
模拟模型。并对不同界面状况下的涂层温度场进行了数值模拟。计算表明涂层的凝固
过程为快速凝固过程。基体表面发生了完全或部分熔化现象。后续喷涂对前一次喷
涂形成的涂层有一定的影响。根据结合强度测量结果以及能谱分析可知,涂层与基体
以冶金结合机制为主。
关键词电热爆炸定向喷涂,亚微米晶涂层,显微硬度,弹性模量,断裂韧性
瞬态温度场
摘要
华北电力大学博士学位论文
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本人郑重声明此处所提交的博士学位论文《电热爆炸喷涂法制备亚微米
晶涂层的研究》,是本人在华北电力大学攻读博士学位期间,在导师指导下,独
立进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,木学
位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工
作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
签名日期尹门才乙,“
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涉密的学位论文在解密后遵守此规定
作者签名二瘫丝导师签名
日期岁
华北电力大学博士学位论文
第一章绪言
卜选题背景
随着现代工业的发展,对机械产品和零部件的性能要求越来越高,要求在高速,
高温,高压,重载以及各种腐蚀工况下都能可靠而持续性工作。然而,仅就材料的
磨损失效而言,其造成的经济损失十分巨大。美国年公布的数据表明,每年
由于磨损而造成的损失高达亿美元,其中材料消耗约为亿美元,相当于
材料年产量的。我国目前尚没有全面的统计报告,但各方面的报导表明,由于材
料耐磨性较差,我国大量基础零件的磨损寿命普遍大幅度低于,因此直接及间接损失也十分巨大。仅就冶金、矿山、农机、煤炭、电力和建材
五个工业部门不完全的统计,每年由于磨料磨损而需要补充的备件就达万吨钢
材。可见,材料磨损间题是十分突出的,在国民经济发展中占有举足轻重的作用。
零部件材料的破坏往往自表面开始,例如磨损、腐蚀、氧化等。表面的局部损
坏又往往造成整个零件失效,最终导致设备故障而停产。所有这些,都要求发展表
面工程以改善材料的表面性能,从而有效地延长零部件乃至设备的使用寿命。表面
工程是经表面预处理后,通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理,
改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态,以获得
所需要表面性能的系统工程
表面工程是世纪年代兴起的新学科。由于表面工程符合现代科学技术的
发