冷喷涂铝基非晶合金的制备及预热对颗粒沉积行为的影响
发布时间：2023-06-23 18:06
Al基非晶合金密度低且力学性能优异,已引起了广泛关注。但其较差的非晶形成能力、较窄的过冷液相区以及较低的变形能力,限制了其应用。相比常用的甩带法或者真空铸造法等工艺,冷喷涂技术可实现颗粒的固态沉积且能避免颗粒发生晶化,故在制备Al基非晶合金方面具有潜在优势。为软化颗粒并同时提高颗粒速度,在冷喷涂过程中需施加合适的预热温度。由于晶体与非晶合金的变形机理差异显著,因此需要深入研究预热对晶体颗粒和非晶合金颗粒沉积行为的影响。本论文采用冷喷涂技术制备Al基非晶涂层,研究工艺参数尤其是预热温度对涂层微观组织的影响,结合计算流体力学模拟结果,阐明了涂层的晶化机制,同时探究Al基非晶合金颗粒的沉积机理。采用合适的工艺参数制备块体Al基非晶,对其形成机理进行研究,并分别采用热等静压和制备Al基非晶复合材料的方式对喷涂态块体Al基非晶的性能进行优化。采用有限元模拟的方法研究预热温度对单个晶体颗粒和单个非晶合金颗粒沉积的影响,阐述预热温度与临界速度和变形过程的关系。最后利用Python语言建立多颗粒模型,研究预热温度对涂层形成的影响。得到的主要结论如下:(1)涂层的单道厚度和α-Al含量随着预热温度的升高...
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 冷喷涂技术简介
2.2 冷喷涂颗粒沉积行为的研究现状
2.2.1 涂层的形成过程
2.2.2 颗粒沉积机理
2.2.3 临界沉积速度
2.3 非晶合金材料简介
2.3.1 非晶合金的特点
2.3.2 铝基非晶合金
2.4 冷喷涂制备非晶涂层的研究进展
2.4.1 冷喷涂制备非晶涂层的研究现状
2.4.2 非晶涂层沉积机理研究进展
2.5 预热对冷喷涂涂层沉积影响的研究进展
2.5.1 颗粒预热
2.5.2 基体预热
2.6 有限元模拟冷喷涂颗粒飞行及碰撞的研究进展
2.6.1 颗粒飞行模拟研究进展
2.6.2 颗粒碰撞模拟研究进展
2.6.3 材料的本构模型
2.7 课题意义及研究内容
2.7.1 研究意义与研究内容
2.7.2 技术路线
3 试验与研究方法
3.1 试验原材料
3.2 铝基非晶涂层的制备
3.3 块体铝基非晶及铝基非晶复合材料的制备
3.4 试验检测与分析方法
3.4.1 扫描电镜和透射电镜测试
3.4.2 XRD和DSC测试
3.4.3 涂层孔隙率及显微硬度测试
3.4.4 准静态压缩试验
3.4.5 热等静压试验
3.5 预热对颗粒沉积的有限元模拟
3.5.1 欧拉模型的建立及本构模型参数的确定
3.5.2 有限元模型的设置及边界条件
3.6 计算流体力学模拟
4 冷喷涂铝基非晶涂层的制备及机理研究
4.1 铝基非晶粉末的表征
4.2 工艺参数对涂层制备的影响
4.2.1 压力和温度对涂层制备的影响
4.2.2 其他因素对涂层制备的影响
4.3 预热温度对涂层内部相组成和硬度的影响
4.4 涂层的晶化机理
4.5 铝基非晶合金颗粒沉积机理初步探讨
4.5.1 与铁基非晶的比较
4.5.2 铝基非晶合金颗粒的沉积机理
4.6 本章小结
5 块体铝基非晶的制备及性能优化
5.1 块体铝基非晶的制备及力学性能研究
5.2 块体铝基非晶的形成过程
5.2.1 颗粒与基体相互作用
5.2.2 颗粒与已沉积涂层的相互作用
5.3 热等静压对喷涂态块体铝基非晶的影响
5.4 块体铝基非晶复合材料的制备及性能研究
5.4.1 Al/Al基非晶复合涂层的制备
5.4.2 A16061/Al基非晶复合涂层的制备
5.4.3 A17075/Al基非晶复合涂层的制备
5.4.4 块体铝基非晶复合涂层力学性能研究
5.5 本章小结
6 预热对单颗粒沉积影响的有限元模拟
6.1 不同模型尺寸对模拟结果的影响
6.2 预热对同种晶体材料组合的影响
6.2.1 预热对协同变形组合的影响
6.2.2 预热对非协同变形组合的影响
6.2.3 对线性关系的讨论
6.3 预热对不同种晶体材料组合的影响
6.3.1 不同种晶体材料组合临界速度的研究
6.3.2 对临界速度的讨论
6.3.3 预热对不同种晶体材料组合沉积的影响
6.4 预热对非晶合金颗粒沉积的影响
6.5 预热对晶体颗粒与非晶合金颗粒的沉积影响的比较
6.6 本章小结
7 多颗粒沉积的有限元模拟
7.1 多颗粒模型的建立
7.2 晶体材料多颗粒模拟结果
7.2.1 同种晶体材料组合多颗粒模拟结果
7.2.2 不同种晶体材料组合多颗粒模拟结果
7.3 非晶合金多颗粒模拟结果
7.4 本章小结
8 结论
9 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3835046
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
2.1 冷喷涂技术简介
2.2 冷喷涂颗粒沉积行为的研究现状
2.2.1 涂层的形成过程
2.2.2 颗粒沉积机理
2.2.3 临界沉积速度
2.3 非晶合金材料简介
2.3.1 非晶合金的特点
2.3.2 铝基非晶合金
2.4 冷喷涂制备非晶涂层的研究进展
2.4.1 冷喷涂制备非晶涂层的研究现状
2.4.2 非晶涂层沉积机理研究进展
2.5 预热对冷喷涂涂层沉积影响的研究进展
2.5.1 颗粒预热
2.5.2 基体预热
2.6 有限元模拟冷喷涂颗粒飞行及碰撞的研究进展
2.6.1 颗粒飞行模拟研究进展
2.6.2 颗粒碰撞模拟研究进展
2.6.3 材料的本构模型
2.7 课题意义及研究内容
2.7.1 研究意义与研究内容
2.7.2 技术路线
3 试验与研究方法
3.1 试验原材料
3.2 铝基非晶涂层的制备
3.3 块体铝基非晶及铝基非晶复合材料的制备
3.4 试验检测与分析方法
3.4.1 扫描电镜和透射电镜测试
3.4.2 XRD和DSC测试
3.4.3 涂层孔隙率及显微硬度测试
3.4.4 准静态压缩试验
3.4.5 热等静压试验
3.5 预热对颗粒沉积的有限元模拟
3.5.1 欧拉模型的建立及本构模型参数的确定
3.5.2 有限元模型的设置及边界条件
3.6 计算流体力学模拟
4 冷喷涂铝基非晶涂层的制备及机理研究
4.1 铝基非晶粉末的表征
4.2 工艺参数对涂层制备的影响
4.2.1 压力和温度对涂层制备的影响
4.2.2 其他因素对涂层制备的影响
4.3 预热温度对涂层内部相组成和硬度的影响
4.4 涂层的晶化机理
4.5 铝基非晶合金颗粒沉积机理初步探讨
4.5.1 与铁基非晶的比较
4.5.2 铝基非晶合金颗粒的沉积机理
4.6 本章小结
5 块体铝基非晶的制备及性能优化
5.1 块体铝基非晶的制备及力学性能研究
5.2 块体铝基非晶的形成过程
5.2.1 颗粒与基体相互作用
5.2.2 颗粒与已沉积涂层的相互作用
5.3 热等静压对喷涂态块体铝基非晶的影响
5.4 块体铝基非晶复合材料的制备及性能研究
5.4.1 Al/Al基非晶复合涂层的制备
5.4.2 A16061/Al基非晶复合涂层的制备
5.4.3 A17075/Al基非晶复合涂层的制备
5.4.4 块体铝基非晶复合涂层力学性能研究
5.5 本章小结
6 预热对单颗粒沉积影响的有限元模拟
6.1 不同模型尺寸对模拟结果的影响
6.2 预热对同种晶体材料组合的影响
6.2.1 预热对协同变形组合的影响
6.2.2 预热对非协同变形组合的影响
6.2.3 对线性关系的讨论
6.3 预热对不同种晶体材料组合的影响
6.3.1 不同种晶体材料组合临界速度的研究
6.3.2 对临界速度的讨论
6.3.3 预热对不同种晶体材料组合沉积的影响
6.4 预热对非晶合金颗粒沉积的影响
6.5 预热对晶体颗粒与非晶合金颗粒的沉积影响的比较
6.6 本章小结
7 多颗粒沉积的有限元模拟
7.1 多颗粒模型的建立
7.2 晶体材料多颗粒模拟结果
7.2.1 同种晶体材料组合多颗粒模拟结果
7.2.2 不同种晶体材料组合多颗粒模拟结果
7.3 非晶合金多颗粒模拟结果
7.4 本章小结
8 结论
9 创新点
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3835046
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