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涂层设计基本原理(二)
浏览次数:1056发布时间:2018-12-30

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 采用热喷涂技术不仅能提高机器设备的耐磨损性、耐腐蚀性、耐侵蚀性、热稳定性和化学稳定性,而且能赋予普通材料特殊的功能,诸如高温超导涂层、生物涂层、金刚石涂层、固体氧燃料电池(SOFCs)电极催化涂层等,因此,热喷涂技术必然会愈来愈引起人们的重视,并在各个工业领域获得越来越广泛的应用。实际零部件因其材质、形状、大小及其应用环境、服役条件等存在很大差别,要想成功采用热喷涂涂层来解决所面临的技术问题,必须遵循特定的过程,其中,最重要的有以下五个关键过程。 

1.准确分析问题所在,明确涂层性能要求; 
2.合理进行涂层设计,包括正确选择喷涂材料、设备、工艺及遵循严格的涂层质量性能评价体系等; 
3.优化涂层制备工艺; 
4.严格控制涂层质量; 

零件工艺分析

零件工况分析是热喷涂涂层设计的基础,要获得经济、高效、高质量的涂层,首先必须对零部件的性能要求及工况条件进行准确分析,为选择涂层种类和材料提供依据。

 根据失效分析理论,失效模式分析是失效分析的核心内容,是导致零部件失效的物理和(或)化学变化过程,在该过程中,零部件的尺寸、形状、状态或性能发生了变化,并由此引起整个机械产品的失效,例如,磨损失效、疲劳失效、腐蚀失效等。而决定零部件失效模式的主要因素包括零部件材料的性质和状态等内在因素和零部件工况条件等外在因素,其中,引起零部件失效的外在因素,即应力、环境和时间,是失效的诱发因素,通过零部件工况条件的深入分析可以了解清楚这些因素。

1.应力因素 

  力是零部件工作的条件。应力的种类、大小与状态的不同组合是引起不同失效模式的重要的或决定性因素。应力种类包括持久、交变、冲击、接触、磨擦、冲刷等;应力状态包括单纯的拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲等应力和复合作用的拉弯、压弯、弯扭、拉扭、拉剪、弯剪、扭剪等应力。应力因素可以单独、也可以与其它因素耦合在一起来诱发零部件的失效。

2.环境因素 
   环境因素主要包括温度和介质两大因素。工作温度一般可分为低温、常温、中温、高温和超高温五类;工作介质包括气相(真空、特殊气体、乡村大气、城市大气、工业大气等)、液相(淡水、海水、油、酸、碱、液态金属等)、固相(接触、摩擦、冲刷等)等。环境因素与应力因素一样,既可以单独、也可以与其它因素耦合在一起来诱发零部件的失效。

3.时间因素
   时间不能作为独立因素来诱发失效产生,没有应力和环境因素的存在,时间因素就失去了意义。但是,当时间因素与应立因素和环境因素耦合在一起时,它就变成一个非常重要的因素。

上述各种不同外界因素对零部件的失效起着各不相同的影响,从而产生不同的失效模式,各种主要失效模式与最主要、最典型的诱发因素之间的关系可参见相关资料。在进行热喷涂涂层设计时,要特别注重对零部件表面失效产生影响的因素进行重点分析,这些因素可能单独作用于零部件,也可能耦合作用于零部件,而在耦合作用下,对零部件的破坏作用要严重得多。例如,醋酸泵柱塞表面涂层,该涂层使用工况要求既耐磨损又耐腐蚀,如果不考虑醋酸腐蚀仅考虑提高耐磨性能,采用超音速火焰喷涂WC/Co、Cr3C2-NiCr类涂层均能满足要求,但该类涂层在醋酸条件下的耐腐蚀性能均被列为“不好”和“不推荐”涂层,因此,综合考虑,不能选用该喷涂材料及工艺来制备醋酸泵柱塞表面涂层。

除了上述外在因素,零部件材料的性质和状态等内在因素也对零部件的失效有重要影响,因此,在具体分析时,要把零部件工况条件与零部件性能要求以及不同基体材料与不同工艺、不同喷涂材料与不同喷涂工艺所制造的零部件性能结合起来,才有可能设计出高质量的、合理的涂层。

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