陈艳霞,李兴莉,晋艳娟,张俊婷,马 腾

(太原科技大学应用科学学院,太原030024)

等离子喷涂技术是一种表面熔融凝固强化技术,能直接针对许多贵重零部件的失效原因,实行局部表面强化、修复、预保护,以达到延长使用寿命或重新恢复使用价值的目的;其工作原理是利用各种热源,将欲喷涂的固体涂层材料加热至熔化或熔融状态,借助于高速气流的物化效果使其形成微细熔滴,喷射沉积到经过预处理的工件基体表面形成堆积结构涂层,如图1所示[1]。

图1 喷涂过程示意图Fig.1 The thermal spray process

涂层形成首先是以熔粒状态高速撞击基体或已冷却的变形层状涂层表面,熔粒的动能有助于变形的扩展,但随着熔粒温度被基体带走,其表面张力会阻止这种扩展,并产生收缩和凝聚应力,这些应力随着涂层厚度的增加而增加,应力积聚造成涂层整体的残余应力,最终可能大于涂层与基体间的黏附力,以及自身的内聚力而导致涂层失效。热喷涂材料的失效形式主要表现为界面“层离”。这不仅与材料界面状态有关,还与残余应力密切相关,残余应力是影响界面韧性和结合强度的主要因素。因此,正确理解引发残余应力的机理对其预测与控制有着重要的作用。文献[2]指出残余应力主要依赖于涂层沉积的传热过程,按其产生的机制可以分为骤冷应力和冷却应力两种[3-4]。本文应用ANSYS的热分析模块,对热喷涂过程中熔滴沉积凝固后的残余应力进行有限元分析,得到熔滴的温度分布和应力分布,为等离子熔积成形技术的应用提供理论参考依据。……