激光熔覆微气孔与增强颗粒对铝合金激光冲击强化及疲劳裂纹扩展行为的研究
发布时间：2021-07-10 11:41
激光熔覆是提高铝合金表面性能的有效方法之一,但熔覆层极易产生微气孔、微裂纹等缺陷,导致涂层强化作用下降,很难达到预期效果。为了解决熔覆层中微气孔的存在而导致表面性能下降的问题,本文以铝合金为例,在激光熔覆粉末中添加增强颗粒（SiC）,随后通过激光冲击强化的方法改善熔覆层的表面性能。采用ABAQUS有限元软件模拟研究微气孔与增强颗粒对铝合金激光冲击波的速度、表面塑性变形、能量变化及残余应力场的影响,然后采用有限元扩展法（XFEM）研究并预测增强颗粒对激光冲击强化后疲劳裂纹扩展行为的影响。主要研究结果如下:（1）微气孔的影响:模拟结果表明,激光熔覆铝合金微气孔的存在阻碍了激光冲击波的传播,每穿过一层微气孔,波速衰减一次,最终穿过所有微气孔时,波速下降约3.94%;同时,冲击波穿过微气孔时,应力会瞬间下降,开始阶段衰减显著,随着传播距离的增加,穿过微气孔的应力衰减逐渐减弱;另外,微气孔的存在使基体内部能量比例发生改变,基体的内能增加2.63%,内能以更多的塑性应变和残余应力的形式储存在基体中,显著影响残余应力的分布;激光冲击后,微气孔周围产生类似“四叶草”形状的残余压应力分布,为抑制裂纹的萌...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阳极氧化膜的模型
等人[23]通过在混合酸中制得了主要成分为 γ-Al2O3实验中确定当固定电流密度为 2.5A/dm2，当氧腐蚀电位最大，获得的氧化膜性能最优。涂技术术在提高零部件耐磨损、耐腐蚀性等性能中表现频率最高的一种表面改性方法，占据主要地位。喷涂技术一直是研究的热点[24, 25]，主要是将涂层速气流加载射向待加工材料的表层，其目的主要蚀性等性能。而电弧喷涂技术是采用金属丝之间材料，电弧中的材料被高速气流雾化，形成细小化的气流，使它们高速的喷向待加工材料表面，形涂的原理图[26]。
[29]。和其他工艺相比，污染性小，造作简单，实验设备简单，图1.3是化学镀实验装置的示意图。具有代表性的镍磷镀层得到的镀层厚度均匀，耐磨性提升很大，对零件的形状要求限制少，同时还引入了新的性能，如润滑性能、磁性能，因此也是铝合金表面改性常见的一种选择方法，使得化学镀镍广泛应用于铝合金材料上[30-32]。图 1.3 化学镀实验装置[33]Fig. 1.3 Experimental device of electroless plating1.2.4 等离子体浸没注入技术等离子体表面改性技术是将材料置于许多可流动的带电粒子等离子体中，利用等离子体轰击基体的表面，把带电粒子射入到基体中或者是熔化在表层，引起材料表面物理结构和化学成分的改变，从而使材料的活化改性得到显著地提升。等离子体表面改性技术又称完全的无损工艺，因为得到的涂层极薄，在纳米级别(几到几百纳米)
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金化学镀Ni-Cu-P/Ni-P复合镀层及腐蚀防护机理研究[J]. 蔡毅仁,王旭东,刘俊珺,林雪,张津. 表面技术. 2019(03)
[2]白车身铝合金轻量化的应用现状和发展趋势[J]. 张鹏,刘志敏,陈琳琳,全斌义,周万权. 汽车工艺与材料. 2019(03)
[3]铝合金在船舶和海洋工程中的有效应用[J]. 谢光能. 船舶物资与市场. 2019(01)
[4]高效能超音速等离子喷涂射流与涂层特点[J]. 刘明,王海军,张伟,王海斗,刘天寅. 热喷涂技术. 2018(04)
[5]AA5052铝合金表面化学镀锡及其耐蚀性[J]. 张丽军,杨文忠. 腐蚀与防护. 2018(11)
[6]激光冲击强化层数对6061-T6铝合金抗腐蚀性能的影响[J]. 鲁金忠,周婉婷,张圣洋,邵亦锴,王长雨,罗开玉. 吉林大学学报(工学版). 2019(03)
[7]2024铝合金混合酸阳极氧化[J]. 戴一帆,沈士泰,卢洁琴,卫国英. 表面技术. 2018(01)
[8]激光冲击强化6061铝合金的耐磨性能及电化学性能[J]. 宁成义,黄亿辉,张广义,张文武. 激光与光电子学进展. 2018(06)
[9]激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制[J]. 曹宇鹏,周东呈,冯爱新,花国然,蒋苏州. 中国激光. 2016(11)
[10]激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力形成机制的实验研究[J]. 曹宇鹏,徐影,冯爱新,花国然,周东呈,张津超. 中国激光. 2016(07)
博士论文
[1]激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D]. 胡永祥.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]激光微熔纳米SiC颗粒增强Al基复合层数值模拟与实验研究[D]. 夏传达.江苏大学 2017
[2]镁合金激光冲击植入纳米SiC颗粒工艺与性能研究[D]. 邢佳.江苏大学 2016
[3]镁合金表面激光熔覆Al-Si基纳米SiC复合涂层的研究[D]. 冯辉.太原理工大学 2012
[4]激光熔覆制备铝基非晶涂层的研究[D]. 于玮.华中科技大学 2012
[5]铝及铝合金表面激光熔覆制备铝钇合金涂层的研究[D]. 赵永.华中科技大学 2007
本文编号：3275849
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阳极氧化膜的模型
等人[23]通过在混合酸中制得了主要成分为 γ-Al2O3实验中确定当固定电流密度为 2.5A/dm2，当氧腐蚀电位最大，获得的氧化膜性能最优。涂技术术在提高零部件耐磨损、耐腐蚀性等性能中表现频率最高的一种表面改性方法，占据主要地位。喷涂技术一直是研究的热点[24, 25]，主要是将涂层速气流加载射向待加工材料的表层，其目的主要蚀性等性能。而电弧喷涂技术是采用金属丝之间材料，电弧中的材料被高速气流雾化，形成细小化的气流，使它们高速的喷向待加工材料表面，形涂的原理图[26]。
[29]。和其他工艺相比，污染性小，造作简单，实验设备简单，图1.3是化学镀实验装置的示意图。具有代表性的镍磷镀层得到的镀层厚度均匀，耐磨性提升很大，对零件的形状要求限制少，同时还引入了新的性能，如润滑性能、磁性能，因此也是铝合金表面改性常见的一种选择方法，使得化学镀镍广泛应用于铝合金材料上[30-32]。图 1.3 化学镀实验装置[33]Fig. 1.3 Experimental device of electroless plating1.2.4 等离子体浸没注入技术等离子体表面改性技术是将材料置于许多可流动的带电粒子等离子体中，利用等离子体轰击基体的表面，把带电粒子射入到基体中或者是熔化在表层，引起材料表面物理结构和化学成分的改变，从而使材料的活化改性得到显著地提升。等离子体表面改性技术又称完全的无损工艺，因为得到的涂层极薄，在纳米级别(几到几百纳米)
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金化学镀Ni-Cu-P/Ni-P复合镀层及腐蚀防护机理研究[J]. 蔡毅仁,王旭东,刘俊珺,林雪,张津. 表面技术. 2019(03)
[2]白车身铝合金轻量化的应用现状和发展趋势[J]. 张鹏,刘志敏,陈琳琳,全斌义,周万权. 汽车工艺与材料. 2019(03)
[3]铝合金在船舶和海洋工程中的有效应用[J]. 谢光能. 船舶物资与市场. 2019(01)
[4]高效能超音速等离子喷涂射流与涂层特点[J]. 刘明,王海军,张伟,王海斗,刘天寅. 热喷涂技术. 2018(04)
[5]AA5052铝合金表面化学镀锡及其耐蚀性[J]. 张丽军,杨文忠. 腐蚀与防护. 2018(11)
[6]激光冲击强化层数对6061-T6铝合金抗腐蚀性能的影响[J]. 鲁金忠,周婉婷,张圣洋,邵亦锴,王长雨,罗开玉. 吉林大学学报(工学版). 2019(03)
[7]2024铝合金混合酸阳极氧化[J]. 戴一帆,沈士泰,卢洁琴,卫国英. 表面技术. 2018(01)
[8]激光冲击强化6061铝合金的耐磨性能及电化学性能[J]. 宁成义,黄亿辉,张广义,张文武. 激光与光电子学进展. 2018(06)
[9]激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制[J]. 曹宇鹏,周东呈,冯爱新,花国然,蒋苏州. 中国激光. 2016(11)
[10]激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力形成机制的实验研究[J]. 曹宇鹏,徐影,冯爱新,花国然,周东呈,张津超. 中国激光. 2016(07)
博士论文
[1]激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D]. 胡永祥.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]激光微熔纳米SiC颗粒增强Al基复合层数值模拟与实验研究[D]. 夏传达.江苏大学 2017
[2]镁合金激光冲击植入纳米SiC颗粒工艺与性能研究[D]. 邢佳.江苏大学 2016
[3]镁合金表面激光熔覆Al-Si基纳米SiC复合涂层的研究[D]. 冯辉.太原理工大学 2012
[4]激光熔覆制备铝基非晶涂层的研究[D]. 于玮.华中科技大学 2012
[5]铝及铝合金表面激光熔覆制备铝钇合金涂层的研究[D]. 赵永.华中科技大学 2007
本文编号：3275849
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