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超音速等离子喷涂层接触疲劳性能及疲劳损伤机理研究

王韶云

  本文旨在研究超音速等离子喷涂NiCrBSi合金涂层和NiCr/Cr_3C_2陶瓷涂层的接触疲劳性能及疲劳损伤机理。采用超音速等离子喷涂设备在45号钢基体上制备了NiCrBSi涂层和NiCr/Cr_3C_2涂层;分别使用扫描电子显微镜、X射线应力测定仪、显微硬度仪和纳米压痕仪检测了涂层的形貌、残余应力、显微硬度和纳米力学性能;采用灰度法测量了涂层的孔隙率含量;使用球盘式接触疲劳试验机对涂层的接触疲劳性能进行了测试;通过Weibull失效概率图对涂层的疲劳寿命进行表征,建立了NiCr-Cr_3C_2涂层的加速疲劳寿命模型;总结了涂层典型的疲劳失效模式,并对失效机理进行了探讨。 结果表明:(1)超音速等离子喷涂层内的微缺陷主要由微孔隙和微裂纹构成;涂层微缺陷含量较少时涂层的失效模式主要以剥落失效为主;涂层微缺陷含量较多、结合强度较差时主要以分层失效为主;涂层中的孔隙尺寸较大时,涂层表面磨损失效的概率增加。(2)采用范—蒙特福特假设检验验证了涂层的接触疲劳寿命数据均符合Weibull分布,随后建立了Weibull失效概率图,通过该图可以直观的得到在同一工作条件下,涂层任意循环次数的失效概率。(3)建立了NiCr-Cr_3C_2涂层的恒定应力加速寿命模型。通过该模型可以得到该涂层在一定范围内任意应力条件下的接触疲劳寿命。(4)涂层的残余应力值在整个疲劳过程的前半段,增强较为缓慢,在疲劳过程的后半段,迅速增大,疲劳过程的中期成为了应力变化的转折点。(5)涂层的接触疲劳失效形式主要包括:表面磨损、剥落失效、分层失效和点蚀失效等。表面磨损失效与接触副和涂层之间的微观滑动磨损有关;剥落失效与涂层表层及亚表层含有的微孔隙、微裂纹等微缺陷有关;分层失效主要是由于涂层和基体之间的结合强度不足造成的;点蚀失效主要与涂层表层含有的未熔颗粒,孔隙等微缺陷有关。(6)NiCrBSi涂层经过重熔处理能够增强涂层与基体的结合强度,提高涂层的致密度,同时使涂层的主要失效模式由分层失效转变为剥落失效,显著提高了涂层的接触疲劳寿命,降低涂层寿命的分散程度。……   
[关键词]:等离子喷涂;微缺陷;接触疲劳寿命;Weibull分布;加速寿命模型;残余应力;失效模式
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:河北工业大学2011年