热喷涂层残余应力的定量测量试验研究

• 作 者: 王召煜
• 出 处: 河北工业大学
• 发表日期: 2011年01期
• 关键词: 热喷涂层 FeCrBSi 残余应力 定量测量 云纹干涉 X射线应力测试 热处理

近年来,随着新工艺和新材料的不断被开发和应用,热喷涂技术正在越来越多的领域发挥着耐腐蚀、耐磨损、耐高温等作用,大幅度提高了零件的使用寿命。但是,热喷涂层不可避免存在残余应力,而残余应力对于工件的使用性能具有重要的影响,过大的残余应力会造成热喷涂层的开裂、分层和翘曲,造成涂层失效。因此,对热喷涂层的残余应力开展量化研究具有十分重要的意义。本文利用超音速等离子喷涂、超音速火焰喷涂和普通等离子喷涂技术制备了FeCrBSi涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪等先进手段,研究了涂层的微观组织和力学性能。采用云纹干涉测试技术,结合切割法释放涂层残余应力后,对切割面的应力进行测量,获得了沿厚度方向的残余应力分布曲线。采用X射线应力测试仪对涂层表面的应力进行测试,通过理论计算获得了涂层材料的应力常数。采用四点法测量了均匀间隔的涂层的残余应力与云纹干涉法测量结果相对比。另外,研究了不同的热处理温度及时间的处理对超音速等离子喷涂FeCrBSi涂层综合性能的影响。试验结果表明,与其它两种涂层相比,超音速等离子喷涂层具有更好的综合性能。云纹干涉法测得三种喷涂方法制得的涂层内部均是拉应力状态,最大应力出现在涂层表面,随着到涂层顶部距离的增加而逐渐减小,在涂层-基体界面处发生突变。X射线衍射法测得涂层表面的应力结果表明沿试样长度方向应力变化不明显,其测量值与云纹干涉测量结果比较接近。适当的热处理工艺能降低涂层的孔隙率;提高涂层的弹性模量和纳米硬度;释放涂层的残余拉应力。但热处理温度高于600℃或保温时间长于2小时均使涂层的质量下降。本文研究表明,采用云纹干涉法测量涂层残余应力具有很高的可行性及广阔的发展前景;适当热处理处理是改善涂层综合性能的有效方法。