激光熔覆微氣孔與增強顆粒對鋁合金激光沖擊強化及疲勞裂紋擴展行為的研究
發(fā)布時間：2021-07-10 11:41
激光熔覆是提高鋁合金表面性能的有效方法之一,但熔覆層極易產(chǎn)生微氣孔、微裂紋等缺陷,導致涂層強化作用下降,很難達到預期效果。為了解決熔覆層中微氣孔的存在而導致表面性能下降的問題,本文以鋁合金為例,在激光熔覆粉末中添加增強顆粒（SiC）,隨后通過激光沖擊強化的方法改善熔覆層的表面性能。采用ABAQUS有限元軟件模擬研究微氣孔與增強顆粒對鋁合金激光沖擊波的速度、表面塑性變形、能量變化及殘余應力場的影響,然后采用有限元擴展法（XFEM）研究并預測增強顆粒對激光沖擊強化后疲勞裂紋擴展行為的影響。主要研究結果如下:（1）微氣孔的影響:模擬結果表明,激光熔覆鋁合金微氣孔的存在阻礙了激光沖擊波的傳播,每穿過一層微氣孔,波速衰減一次,最終穿過所有微氣孔時,波速下降約3.94%;同時,沖擊波穿過微氣孔時,應力會瞬間下降,開始階段衰減顯著,隨著傳播距離的增加,穿過微氣孔的應力衰減逐漸減弱;另外,微氣孔的存在使基體內(nèi)部能量比例發(fā)生改變,基體的內(nèi)能增加2.63%,內(nèi)能以更多的塑性應變和殘余應力的形式儲存在基體中,顯著影響殘余應力的分布;激光沖擊后,微氣孔周圍產(chǎn)生類似“四葉草”形狀的殘余壓應力分布,為抑制裂紋的萌...
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
陽極氧化膜的模型
等人[23]通過在混合酸中制得了主要成分為 γ-Al2O3實驗中確定當固定電流密度為 2.5A/dm2，當氧腐蝕電位最大，獲得的氧化膜性能最優(yōu)。涂技術術在提高零部件耐磨損、耐腐蝕性等性能中表現(xiàn)頻率最高的一種表面改性方法，占據(jù)主要地位。噴涂技術一直是研究的熱點[24, 25]，主要是將涂層速氣流加載射向待加工材料的表層，其目的主要蝕性等性能。而電弧噴涂技術是采用金屬絲之間材料，電弧中的材料被高速氣流霧化，形成細小化的氣流，使它們高速的噴向待加工材料表面，形涂的原理圖[26]。
[29]。和其他工藝相比，污染性小，造作簡單，實驗設備簡單，圖1.3是化學鍍實驗裝置的示意圖。具有代表性的鎳磷鍍層得到的鍍層厚度均勻，耐磨性提升很大，對零件的形狀要求限制少，同時還引入了新的性能，如潤滑性能、磁性能，因此也是鋁合金表面改性常見的一種選擇方法，使得化學鍍鎳廣泛應用于鋁合金材料上[30-32]。圖 1.3 化學鍍實驗裝置[33]Fig. 1.3 Experimental device of electroless plating1.2.4 等離子體浸沒注入技術等離子體表面改性技術是將材料置于許多可流動的帶電粒子等離子體中，利用等離子體轟擊基體的表面，把帶電粒子射入到基體中或者是熔化在表層，引起材料表面物理結構和化學成分的改變，從而使材料的活化改性得到顯著地提升。等離子體表面改性技術又稱完全的無損工藝，因為得到的涂層極薄，在納米級別(幾到幾百納米)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鎂合金化學鍍Ni-Cu-P/Ni-P復合鍍層及腐蝕防護機理研究[J]. 蔡毅仁,王旭東,劉俊珺,林雪,張津. 表面技術. 2019(03)
[2]白車身鋁合金輕量化的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 張鵬,劉志敏,陳琳琳,全斌義,周萬權. 汽車工藝與材料. 2019(03)
[3]鋁合金在船舶和海洋工程中的有效應用[J]. 謝光能. 船舶物資與市場. 2019(01)
[4]高效能超音速等離子噴涂射流與涂層特點[J]. 劉明,王海軍,張偉,王海斗,劉天寅. 熱噴涂技術. 2018(04)
[5]AA5052鋁合金表面化學鍍錫及其耐蝕性[J]. 張麗軍,楊文忠. 腐蝕與防護. 2018(11)
[6]激光沖擊強化層數(shù)對6061-T6鋁合金抗腐蝕性能的影響[J]. 魯金忠,周婉婷,張圣洋,邵亦鍇,王長雨,羅開玉. 吉林大學學報(工學版). 2019(03)
[7]2024鋁合金混合酸陽極氧化[J]. 戴一帆,沈士泰,盧潔琴,衛(wèi)國英. 表面技術. 2018(01)
[8]激光沖擊強化6061鋁合金的耐磨性能及電化學性能[J]. 寧成義,黃億輝,張廣義,張文武. 激光與光電子學進展. 2018(06)
[9]激光沖擊7050鋁合金薄板試樣形成殘余應力洞的機制[J]. 曹宇鵬,周東呈,馮愛新,花國然,蔣蘇州. 中國激光. 2016(11)
[10]激光沖擊強化7050鋁合金薄板表面殘余應力形成機制的實驗研究[J]. 曹宇鵬,徐影,馮愛新,花國然,周東呈,張津超. 中國激光. 2016(07)
博士論文
[1]激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應研究[D]. 胡永祥.上海交通大學 2008
碩士論文
[1]激光微熔納米SiC顆粒增強Al基復合層數(shù)值模擬與實驗研究[D]. 夏傳達.江蘇大學 2017
[2]鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒工藝與性能研究[D]. 邢佳.江蘇大學 2016
[3]鎂合金表面激光熔覆Al-Si基納米SiC復合涂層的研究[D]. 馮輝.太原理工大學 2012
[4]激光熔覆制備鋁基非晶涂層的研究[D]. 于瑋.華中科技大學 2012
[5]鋁及鋁合金表面激光熔覆制備鋁釔合金涂層的研究[D]. 趙永.華中科技大學 2007
本文編號：3275849
【文章來源】：江蘇大學江蘇省
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
陽極氧化膜的模型
等人[23]通過在混合酸中制得了主要成分為 γ-Al2O3實驗中確定當固定電流密度為 2.5A/dm2，當氧腐蝕電位最大，獲得的氧化膜性能最優(yōu)。涂技術術在提高零部件耐磨損、耐腐蝕性等性能中表現(xiàn)頻率最高的一種表面改性方法，占據(jù)主要地位。噴涂技術一直是研究的熱點[24, 25]，主要是將涂層速氣流加載射向待加工材料的表層，其目的主要蝕性等性能。而電弧噴涂技術是采用金屬絲之間材料，電弧中的材料被高速氣流霧化，形成細小化的氣流，使它們高速的噴向待加工材料表面，形涂的原理圖[26]。
[29]。和其他工藝相比，污染性小，造作簡單，實驗設備簡單，圖1.3是化學鍍實驗裝置的示意圖。具有代表性的鎳磷鍍層得到的鍍層厚度均勻，耐磨性提升很大，對零件的形狀要求限制少，同時還引入了新的性能，如潤滑性能、磁性能，因此也是鋁合金表面改性常見的一種選擇方法，使得化學鍍鎳廣泛應用于鋁合金材料上[30-32]。圖 1.3 化學鍍實驗裝置[33]Fig. 1.3 Experimental device of electroless plating1.2.4 等離子體浸沒注入技術等離子體表面改性技術是將材料置于許多可流動的帶電粒子等離子體中，利用等離子體轟擊基體的表面，把帶電粒子射入到基體中或者是熔化在表層，引起材料表面物理結構和化學成分的改變，從而使材料的活化改性得到顯著地提升。等離子體表面改性技術又稱完全的無損工藝，因為得到的涂層極薄，在納米級別(幾到幾百納米)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鎂合金化學鍍Ni-Cu-P/Ni-P復合鍍層及腐蝕防護機理研究[J]. 蔡毅仁,王旭東,劉俊珺,林雪,張津. 表面技術. 2019(03)
[2]白車身鋁合金輕量化的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 張鵬,劉志敏,陳琳琳,全斌義,周萬權. 汽車工藝與材料. 2019(03)
[3]鋁合金在船舶和海洋工程中的有效應用[J]. 謝光能. 船舶物資與市場. 2019(01)
[4]高效能超音速等離子噴涂射流與涂層特點[J]. 劉明,王海軍,張偉,王海斗,劉天寅. 熱噴涂技術. 2018(04)
[5]AA5052鋁合金表面化學鍍錫及其耐蝕性[J]. 張麗軍,楊文忠. 腐蝕與防護. 2018(11)
[6]激光沖擊強化層數(shù)對6061-T6鋁合金抗腐蝕性能的影響[J]. 魯金忠,周婉婷,張圣洋,邵亦鍇,王長雨,羅開玉. 吉林大學學報(工學版). 2019(03)
[7]2024鋁合金混合酸陽極氧化[J]. 戴一帆,沈士泰,盧潔琴,衛(wèi)國英. 表面技術. 2018(01)
[8]激光沖擊強化6061鋁合金的耐磨性能及電化學性能[J]. 寧成義,黃億輝,張廣義,張文武. 激光與光電子學進展. 2018(06)
[9]激光沖擊7050鋁合金薄板試樣形成殘余應力洞的機制[J]. 曹宇鵬,周東呈,馮愛新,花國然,蔣蘇州. 中國激光. 2016(11)
[10]激光沖擊強化7050鋁合金薄板表面殘余應力形成機制的實驗研究[J]. 曹宇鵬,徐影,馮愛新,花國然,周東呈,張津超. 中國激光. 2016(07)
博士論文
[1]激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應研究[D]. 胡永祥.上海交通大學 2008
碩士論文
[1]激光微熔納米SiC顆粒增強Al基復合層數(shù)值模擬與實驗研究[D]. 夏傳達.江蘇大學 2017
[2]鎂合金激光沖擊植入納米SiC顆粒工藝與性能研究[D]. 邢佳.江蘇大學 2016
[3]鎂合金表面激光熔覆Al-Si基納米SiC復合涂層的研究[D]. 馮輝.太原理工大學 2012
[4]激光熔覆制備鋁基非晶涂層的研究[D]. 于瑋.華中科技大學 2012
[5]鋁及鋁合金表面激光熔覆制備鋁釔合金涂層的研究[D]. 趙永.華中科技大學 2007
本文編號：3275849
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