热喷涂零件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之一。根据热力学原理，物体的应力状态不会自发地向着应变能增加方向变化，所以残余应力只能促进、而不会阻止界面裂纹扩展。相关研究主要分为两方面:一是涂层沉积和冷却过程中残余应力的形成机理研究；二是残余应力的实验检测及其对材料性能影响的研究。由于热喷涂材料制备工艺涉及高温、大温变或高升温率等环节以及材料热物理性能差异的存在, 材料成晶中必然存在大于通常的机加工的残余应力。其残余应力与等离子体状态、基体和粉末的性能、样品的几何尺寸和形状、约束方式、材料微结构、温度、瞬态效应和耦合效应以及工作环境等诸多因素有关。淬火应力：(1)涂层材料的熔点温度与基体材料的温度差是导致淬火应力的主要因素;(2)淬火应力与涂层材料的弹性模量相关, 基体材料对淬火应力几乎不产生影响。失配应变：当材料由高温冷却到常温时, 涂层与基体不同的热膨胀系数可以产生充分大的失配应变。实验表明:(1)温度变化较缓慢时, 可以产生较大的残余应力;(2)沉积层与基体的厚度之比越小时(h/H<1.0), 沉积层中残余应力的值有所增加;(3)对于等厚度情形(h H=1.0), 残余应力的平均值可以很小, 但其峰值没有明显的减小;(4)当沉积层与基体的弹性模量之比较小时(Ed/Es<0.1), 残余应力的最大值明显减小。热梯度效应：被等离子体射流加热熔化的高温粉末溶滴瞬间内高速喷射到基体表面上(热冲击过程)，在沉积层中产生热梯度。若喷射到基体表面的热流是稳态的, 沉积层的热梯度分布是沉积层厚度的线性函数, 这种简单情形在沉积层中不产生残余应力。因为线性分布的应变梯度可以通过样品的松弛效应最终由变形曲率完全消除(假设试样没有外界约束), 然而研究表明:当整个基体在外界约束下维持原几何形态时, 零件中将产生残余应力。
本文由桑尧热喷涂网收集整理。本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
