摘 要:利用自由射流流场的特点,设计了一种六孔环形加速喷嘴,明显改进了常规火焰喷涂层的性能,获得了适合烧结的势喷涂层.采用线切割沿涂层P基体界面切成对称切口,两边粘结后直接拉伸的实验方法对高强涂层抗拉结合强度进行评价.按此方法对不同工艺参数的热喷涂烧结涂层结合强度进行了评价.结果表明,此方法可对高强涂层与基体的结合强度进行评价.
关键词:喷嘴;射流;高强度涂层;结合强度
热喷涂涂层与基体的结合强度是衡量涂层质量的重要指标,通常测定涂层P基体结合强度的方法有拉伸试验、涂层自身抗拉试验、剪切试验等.随着热喷涂技术的发展,热喷涂涂层与基体的结合强度愈来愈高,从而给涂层强度的测定带来了难度.ASTMC633-79[1]提出的方法由于受到粘胶的限制,已不能用于高强涂层的结合强度测定.对此,国内外做出了大量的研究.界面压入法[2]、楔形加载法[3]和拉伸销法[4]克服了粘胶结合强度的限制,可对高结合强度涂层进行评价,其加载模型受力复杂,随机影响因素较多.改进的拉伸法可成为一种评价高结合强度涂层的有效方法,即采用线切割沿涂层P基体界面切成对称切口,两边粘结后直接拉伸的实验方法来评价高强涂层与基体的结合强度,克服了粘胶结合强度的限制.
1 空气加速喷嘴的改进
由于QT-E2000-7Ph型喷焊枪现有的空气加速喷嘴喷涂效果不理想.利用自由射流流场的特点,为获得高速、稳定的氧乙炔火焰流,现将空气加速喷嘴稍加改进,设计了一种六孔环形加速喷嘴,如图1所示.该喷嘴的出口由6个直径为3 mm到1.2 mm的过渡孔均匀分布.喷涂加压时(一般气压控制在0.6 MPa左右),高压气流从直径为3 mm的孔进入,经过渡孔从直径为1.2 mm孔喷出高速、稳定的气流.结果表明,明显改进常规火焰喷涂层的性能,获得适合烧结的热喷涂层.
2 试验方法
试验选用表1所列的几种不同喷涂及烧结工艺的热喷涂烧结涂层进行研究.试验样品为10 mm*8 mm的矩形试样,试样的一侧喷涂有涂层,涂层厚度为1 mm,基体厚度为3 mm.采用线切割在涂层P基体界面切出两个角度为A的楔形切口,切口前端曲率半径为r=0.1 mm,保证切口中心线落在涂层P基体交界面上.将同一尺寸的拉块粘在涂层一侧,制作成拉伸试样如图2所示,L=10 mm,b=4.9 mm.试验在GT-100弹簧拉压试验机上完成,以1 mmPmin的速度加载至试样断裂,同时记录试验载荷-时间曲线.试样断口形貌如图3所示.
3 切口尖端应力集中
由手册[5]可知,对于两侧有双曲线形深凹口的拉伸板凹口底部点A具有应力最大值,随着离开该点距离加大而迅速减小.若最小截面的平均拉应力R0一定,这个最大应力RA随着bPQ的增大而增加,结果形成明显的峰值应力.设均匀分布在板的狭小部分的应力R0为此种情况下应力集中系数A的基准应力。
4 结果与分析
实验结果如表2所示,由切口尖端应力集中的近似理论计算公式可得到切口尖端的峰值应力。当不考虑应力集中的影响时,涂层破坏的临界状态,涂层P基体交界面的平均拉应力可作为涂层P基体界面的结合强度.显然,这将造成对涂层结合强度的过分保守估计,且误差较大.断裂系数是有应力集中因素的实际结构断裂的系数.根据涂层P基体交界面的实际破坏情况,在涂层破坏的临界状态下,最大应力仍未超过材料的屈服极限时,应力-应变关系直至断裂都保持在弹性阶段,可认为应力集中分布不会由于塑性变形而缓和,应力集中一旦达到涂层P基体结合强度就立即破坏.此时应力集中敏感系数G为1.0,应力集中系数和断裂系数相等.
由于目前高强度涂层结合性能测定无标准值可供参考.因此,对于一批低强度涂层采用相同的评价方法,结果表明,此方法可以对高强度涂层的结合性能进行评价.
5 结论
1)加速喷嘴的改进及热喷涂层烧结工艺可明显提高涂层结合力.
2)试样在拉力作用下,切口尖端应力集中明显,促进涂层P基体弱界面脆性断裂.
3)此改进的带楔形切口的拉伸方法可对高结合强度涂层的结合性能进行评价.
参考文献略
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