重熔時間及涂層厚度對火焰熱噴涂件疲勞性能的影響.pdf

1、熱噴涂技術(shù)做為一種表面強化技術(shù)，是表面工程技術(shù)的重要組成部分，一直是我國重點推廣的新技術(shù)項目，隨著科技發(fā)展，熱噴涂技術(shù)目前在國內(nèi)外已取得了比較廣泛的推廣應用。為了保證熱噴涂構(gòu)件的使用性能，以往人們主要關(guān)注的是熱噴涂件的耐磨損性、耐腐蝕性、耐高溫隔熱性、電學、光學等性能，對熱噴涂件整體疲勞性能及影響因素方面研究較少。本文通過對熱噴涂成形過程及影響熱噴涂件疲勞性能關(guān)鍵因素方面的系統(tǒng)研究，取得了如下成果:
　　1.分析了熱噴涂涂層微觀成

2、形機理，研究了熱噴涂的燃燒火焰特性、噴涂粒子的速度特征及噴粉熔滴飛行過程中的氧化行為，確定了噴涂試樣合理的工藝方案及參數(shù)。
　　2.通過試驗研究了不同重熔條件下火焰熱噴涂件的彎扭疲勞性能，并對試樣的宏觀斷口、微觀斷口、涂層組織成分、極限應力、疲勞擴展面積等方面進行了分析研究。結(jié)果表明:重熔時間長短是影響火焰熱噴涂件疲勞性能的關(guān)鍵因素之一。當重熔時間合理時，火焰熱噴涂件的彎扭疲勞壽命最長。當重熔時間不足時，涂層中Ni粉及Si粉顆粒大

3、多沒有熔融，Si粒與空氣中的O發(fā)生化學反應生成SiO2顆粒。同時，涂層表面強度、涂層內(nèi)聚力、涂層與基體結(jié)合力均不強，導致疲勞壽命較短。當重熔時間過長時，涂層中的Si再次與O發(fā)生化學反應生成SiO2顆粒，成主要疲勞裂紋源，且保溫時間越長，顆粒越大，致使疲勞壽命降低。
　　3.基體試樣與重熔合理試樣在彎扭疲勞試驗中的疲勞裂紋擴展區(qū)面積S的對數(shù)(lgS)與疲勞壽命Nf的對數(shù)（lgNf）成線性正比關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.992和0.994

4、。由此可以推斷:對于火焰熱噴涂重熔合理試樣及基材試樣可嘗試根據(jù)擴展區(qū)面積來推算疲勞壽命。
　　4.經(jīng)不同重熔時間處理后涂層表面主要組成相為Cr7C3、Ni、Cr3Ni5Si2、CrB、Ni3B。隨著重熔時間的變化，涂層表面硬質(zhì)相的含量會出現(xiàn)變化。當重熔時間過長后涂層表面硬質(zhì)相的含量明顯降低。
　　5.涂層厚度是影響火焰熱噴涂件疲勞壽命的又一關(guān)鍵因素。對所設計試樣而言，其合理的涂層厚度為0.25 mm。當涂層厚度大于0.25

5、mm時，熱噴涂件的拉壓疲勞壽命隨厚度的增加而呈現(xiàn)總體下降的趨勢，熱噴涂件的拉壓疲勞壽命與涂層中非金屬顆粒及孔隙的數(shù)量及平均大小密切相關(guān)。涂層厚度合理時，涂層表面及界面相對于中間涂層部分承受較大的軸向拉壓載荷，熱噴涂件的拉壓疲勞壽命在合理的重熔條件下，高于基體40Cr試樣的疲勞壽命。這一試驗結(jié)果說明研究火焰熱噴涂件的疲勞壽命具有實際的應用價值。
　　6.重熔時間也是決定火焰熱噴涂件涂層磨損性能及涂層表面硬度的關(guān)鍵因素。經(jīng)重熔2 mi

6、n、5 min、10 min及12 min后涂層表面顯微硬度分別為:340 HV、385 HV、455 HV及400 HV。涂層磨損體積分別為:3.734×107μm3、3.50974×107μm3、3.029×107μm3及3.266×107μm3。以上實驗結(jié)果表明:當重熔時間合理時，涂層表面顯微硬度及涂層耐磨損能力最強。同時分析表明:涂層的磨損機理主要為磨粒磨損和疲勞磨損。
　　7.應用一種能將高周疲勞和低周疲勞統(tǒng)一表征的能量