文档介绍：等离子喷涂失效分析
1. 等离子喷涂
等离子喷涂在当今生产中得到广泛的应用,它的热源来自等离子焰流,其焰流中心的温度可达30000K,喷枪喷嘴处的温度也能达到15000K。
高温可以将金属材料或者陶瓷材料加热到熔化或者半熔化状态,同时用高速电离气流将液化的涂层材料沉积到经过处理的基体表面上,形成牢固的、具有高硬度、耐磨、防腐、耐高温等性能的表面防护涂层,提高工件的使用寿命。
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2. 接触疲劳
接触疲劳失效是材料在交变载荷作用下,局部产生永久性累积损伤,并在一定循环次数后,形成接触表面发生麻点、浅层或深层剥落等材料去除的过程,是机械产品(如齿轮、轴承、轧辊)常见的表面失效形式。
热喷涂层接触疲劳寿命是指试样接触表面在循环接触应力作用下直至疲劳失效时所经受的应力循环次数,是表征涂层接触疲劳性能的关键指标。
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疲劳寿命影响因素可以分为与涂层表面完整性相关的内因和与涂层服役工况相关的外因。
残余应力
微缺陷接触应力
涂层厚度
内因结合强度外因转速
表面硬度
表面粗糙度等润滑状况等
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1)涂层厚度
研究表明,厚涂层的疲劳寿命相对较长,但寿命分散性较大,不易进行寿命预测;薄涂层的疲劳寿命较短,但寿命分散性相对较小。从涂层失效模式来看,薄涂层的失效模式相对较平均,各种失效模式均有出现;而厚涂层的失效模式以剥落和表面磨损失效为主,基本不会出现分层失效,即适当增加涂层厚度能够有效预防分层失效这一严重损伤失效模式的出现。
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2)微缺陷
热喷涂层是由高温熔滴撞击基体或已形成的涂层表面,之后经过扁平变形、冷却凝固而成的,这一过程致使涂层内部不可避免地存在微孔隙、微裂纹、氧化物、未熔颗粒等缺陷,如图2、图3 所示。研究表明,涂层的接触疲劳寿命随涂层内孔隙率的增加而减小。通过对试件失效模式的统计发现,微缺陷数量较少时,涂层以剥落失效为主,微缺陷数量较多时则以分层失效为主。
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3)涂层表面粗糙度
涂层表面粗糙度是指涂层工作状态下的接触表面的光滑程度。粗糙度较高的涂层接触疲劳寿命较低,反之寿命较高。分析认为,在相同的润滑条件下,粗糙度较大时,由于涂层润滑不充分,表面微凸体相互挫伤,形成局部裂纹,裂纹扩展最终导致磨削后涂层中出现表面磨损、剥落等近表层失效,涂层寿命短;粗糙度较小时,涂层润滑条件良好,对摩副分离充分,表面未受到直接冲击,近表面未发生磨损和剥落现象,涂层的接触疲劳寿命提高,失效形式以分层失效为主。
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4)残余应力
通常情况下,残余应力诱导的涂层失效模式可以划分为三类,即分层失效、表面裂纹及胀裂引起的剥落,如图4所示,其中σt及σc分别表示拉应力和压应力。在涂层内部,拉应力过大会导致开裂失效,或边缘分层失效;而压应力的不合理分布则会导致胀裂、剥落或边缘分层等失效模式的发生。
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