超声辅助激光熔覆YSZ陶瓷涂层实验研究

发布时间：2017-09-02 20:17

  本文关键词：超声辅助激光熔覆YSZ陶瓷涂层实验研究

  更多相关文章： 激光熔覆 YSZ涂层 超声振动 微观组织 力学性能

【摘要】：Y203稳定的ZrO2(YSZ)陶瓷具有熔点高、导热系数小、热膨胀系数高、热稳定性好等优点,是应用最广泛的热障涂层材料之一,在航空航天、海洋化工等领域的极端环境中得到广泛应用。激光熔覆技术能够实现复杂基体上陶瓷涂层的直接快速制备,实现涂层与基体的冶金结合。由于在单一热源的作用下,熔池内的对流形式较为简单,涂层与基体之间的互熔稀释作用易引起涂层内部组织和成分的不均匀分布。因陶瓷材料与金属基体之间较大的热物性差异,在凝固过程中涂层内将产生较大的热应力,涂层开裂敏感性较高,降低了涂层结合强度,严重制约了激光熔覆技术在制备金属／陶瓷功能梯度涂层中的应用。借鉴超声振动在铸造、焊接等领域的应用成果,本文基于超声振动与液态媒质之间的相互作用机理,论证超声场辅助手段改善激光熔覆金属／陶瓷功能梯度涂层制备质量的可行性；在此基础上,通过开展超声辅助激光熔覆YSZ陶瓷涂层实验,研究超声振动对涂层宏观形貌、微观组织、互熔稀释特性、相组成及力学性能等的影响规律,揭示超声振动改善涂层宏、微观质量以及力学性能的作用机理。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计、摩擦磨损实验机等工具对样件进行宏、微观形貌观察及力学性能检测。主要研究内容如下：(1)搭建超声辅助激光熔覆实验平台,测试超声振动实验平台性能,研究超声场与激光束之间的耦合作用机制,为将超声振动科学合理的引入到激光熔覆过程中提供理论指导。(2)以Y203稳定的Zr02陶瓷粉末为原材料,进行送粉式超声辅助激光熔覆的工艺研究,分析超声振动对涂层截面形貌、界面形态、表面质量的影响,研究不同超声功率条件下涂层宏观形貌的变化规律,以及超声场作用下熔覆过程的温度场变化。(3)通过对比分析超声振动对涂层微观组织演化以及元素分布的影响规律,总结超声辅助激光熔覆与传统激光熔覆技术的异同,评价超声振动对涂层显微硬度及摩擦磨损等力学性能的影响规律,并讨论其影响机制。本文提出了一种超声辅助激光熔覆金属／陶瓷功能梯度涂层的方法,初步探索了超声振动对涂层宏、微观质量及力学性能的影响规律,实验表明,采用超声辅助激光熔覆技术制备金属／陶瓷功能梯度涂层具有技术优势。
【关键词】：激光熔覆 YSZ涂层 超声振动 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 激光熔覆技术概述9-14
• 1.1.1 激光熔覆技术的基本原理及特点9-11
• 1.1.2 激光熔覆技术的国内外研究现状11-13
• 1.1.3 激光熔覆面临的主要难题13-14
• 1.2 超声振动技术应用概述14-19
• 1.2.1 超声波的传播机理14-15
• 1.2.2 超声波在媒质中传播的效应15-17
• 1.2.3 超声振动的应用现状17-19
• 1.3 本课题研究内容19-20
• 2 超声辅助激光熔覆YSZ陶瓷涂层实验平台搭建20-30
• 2.1 激光熔覆YSZ陶瓷涂层实验条件20-23
• 2.1.1 实验材料选取20-21
• 2.1.2 激光熔覆实验设备21-23
• 2.1.3 实验方案设计23
• 2.2 超声振动实验平台的搭建23-26
• 2.2.1 超声波系统的组成23-24
• 2.2.2 超声振动实验平台性能测试24-26
• 2.3 样品制备与性能检测方法26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 超声辅助激光熔覆YSZ陶瓷涂层工艺研究30-42
• 3.1 超声振动的施加工艺30-32
• 3.1.1 超声波参数的选择30-31
• 3.1.2 超声场与激光束的耦合31-32
• 3.1.3 超声振动时间32
• 3.2 超声辅助激光熔覆YSZ陶瓷涂层实验32-35
• 3.2.1 超声辅助单道单层熔覆实验32-34
• 3.2.2 超声辅助多道单层熔覆实验34-35
• 3.3 超声功率对激光熔覆YSZ陶瓷涂层宏观质量的影响35-38
• 3.3.1 超声功率对涂层宏观形貌的影响35-37
• 3.3.2 超声功率对涂层表面质量的影响37-38
• 3.4 超声辅助激光熔覆温度场分析38-40
• 3.4.1 激光熔覆过程温度采集38-39
• 3.4.2 超声振动对熔覆过程温度场的影响39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 4 超声振动对激光熔覆YSZ陶瓷涂层组织及性能的影响42-55
• 4.1 超声振动对涂层组织结构的影响42-49
• 4.1.1 超声振动对涂层微观组织的影响42-44
• 4.1.2 超声振动对涂层互熔稀释特性的影响44-47
• 4.1.3 超声振动对涂层相组成的影响47-49
• 4.2 超声振动对涂层力学性能的影响49-53
• 4.2.1 超声振动对涂层显微硬度的影响49-50
• 4.2.2 超声振动对涂层摩擦磨损性能的影响50-53
• 4.3 本章小结53-55
• 结论55-56
• 展望56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 孟庆武;耿林;王春华;刘树林;韩文静;;两种热处理钛合金的摩擦磨损性能[J];大庆石油学院学报;2006年04期

2 陈畅源;邓琦林;宋建丽;;Ni含量及超声振动对激光熔覆中裂纹的影响[J];南京航空航天大学学报;2005年S1期

3 田玉鑫;冯英超;;超声波TIG复合电弧下焊缝熔深、熔宽分析[J];金属加工(热加工);2013年12期

，

本文编号：780669