本文選題：金屬陶瓷涂層　切入點(diǎn)：沖蝕　出處：《北京石油化工學(xué)院》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：固體顆粒的沖蝕是造成防護(hù)涂層失效或破壞的重要原因之一,目前針對(duì)其磨損機(jī)理和失效行為尚缺乏系統(tǒng)深入的研究。本文使用數(shù)值模擬與試驗(yàn)及理論分析相結(jié)合的方法,對(duì)Cr3C2-NiCr金屬陶瓷涂層在固體粒子沖蝕下的磨損力學(xué)行為進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:(1)分析了沖蝕磨損機(jī)理及其主要影響因素。針對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)于沖蝕過(guò)程數(shù)值模擬方法研究的不足,基于顯式動(dòng)力學(xué)理論,提出了沖蝕磨損過(guò)程的數(shù)值建模方法,并對(duì)仿真關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。利用ANSYS/LS-DYNA建立了單顆粒沖蝕力學(xué)模型,分析了沖蝕過(guò)程中粒子運(yùn)動(dòng)和能量變化規(guī)律。通過(guò)分析單顆粒沖蝕條件下的仿真研究,并與現(xiàn)有文獻(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了建模方法的有效性。(2)提出了偏置建模法,構(gòu)建了多固體顆粒沖蝕磨損的仿真模型,分別研究了涂層厚度、沖蝕粒子速度、沖蝕粒子大小等因素對(duì)金屬陶瓷涂層的作用機(jī)制。結(jié)果表明:涂層厚度是影響沖蝕磨損的關(guān)鍵因素,實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)制備合理的涂層厚度(大于100μm),以有效地保護(hù)基體材料;固體粒子侵蝕機(jī)制主要是由沖蝕粒子的動(dòng)能決定,沖蝕磨損率隨沖擊速度的增大而增加;沖蝕粒子在40~60μm直徑范圍內(nèi)涂層材料磨損率和等效應(yīng)力最大,超過(guò)60μm后,其值基本不變。(3)制備了Cr3C2-NiCr金屬陶瓷涂層試樣,觀察了涂層表面及截面的微區(qū)組織,并對(duì)涂層性能進(jìn)行了分析。開(kāi)展了不同沖蝕條件下(沖蝕壓力、沖蝕角度、沖蝕粒子尺寸和沖蝕溫度)的試驗(yàn)研究,結(jié)果表明涂層材料的最大體積沖蝕磨損率出現(xiàn)在60°沖角范圍內(nèi),涂層同時(shí)表現(xiàn)出脆、塑性沖蝕失效機(jī)制。其它各影響因素得到的試驗(yàn)結(jié)果與仿真規(guī)律大致吻合,這一方面驗(yàn)證了仿真模型的正確性,另一方面也為涂層的合理設(shè)計(jì)及抗磨損性能研究提供一定的理論指導(dǎo)。(4)針對(duì)現(xiàn)有高溫沖蝕試驗(yàn)裝置的不足,設(shè)計(jì)了可調(diào)角度的高溫固體粒子沖蝕磨損測(cè)試裝置,完成了主要零部件的設(shè)計(jì),為后續(xù)高溫條件下固體粒子沖蝕磨損行為研究提供了更高效的測(cè)試手段和方法。
[Abstract]:The erosion of solid particles is one of the important reasons for the failure or failure of protective coatings. At present, the wear mechanism and failure behavior of solid particles have not been studied systematically and deeply. In this paper, the method of combining numerical simulation with test and theoretical analysis is used. The wear mechanical behavior of Cr3C2-NiCr cermet coating under solid particle erosion was studied. The main contents are as follows: (1) the erosion wear mechanism and its main influencing factors are analyzed. The numerical modeling method of erosion process is proposed based on explicit dynamics theory. The key technology of simulation is deeply studied. The mechanical model of single particle erosion is established by ANSYS/LS-DYNA, and the law of particle motion and energy change in the process of erosion is analyzed. By analyzing the simulation research under the condition of single particle erosion, Comparing with the existing experimental data, the effectiveness of the modeling method is verified. (2) the bias modeling method is proposed, and the simulation model of erosion wear of multi-solid particles is constructed. The thickness of coating and the velocity of erosion particles are studied, respectively. The effect mechanism of erosion particle size on cermet coating. The results show that the thickness of the coating is the key factor affecting the erosion wear, and a reasonable coating thickness (more than 100 渭 m) should be prepared in practical engineering to protect the substrate material effectively. The erosion mechanism of solid particles is mainly determined by the kinetic energy of the erosion particles, and the erosion wear rate increases with the increase of the impact velocity, and the wear rate and equivalent stress of the coating materials are the largest in the range of 40 ~ 60 渭 m in diameter, when the erosion rate exceeds 60 渭 m. Cr3C2-NiCr cermet coating samples were prepared, the microstructure of the coating surface and section were observed, and the properties of the coating were analyzed. Under different erosion conditions (erosion pressure, erosion angle, erosion angle), The results show that the maximum volume erosion wear rate of the coating material appears in the range of 60 擄angle of attack, and the coating exhibits brittleness at the same time. The failure mechanism of plastic erosion. The experimental results obtained by other factors are in good agreement with the simulation law. On the one hand, the correctness of the simulation model is verified. On the other hand, it also provides some theoretical guidance for the reasonable design of coating and the study of wear resistance. (4) aiming at the deficiency of the existing high temperature erosion test equipment, a high temperature solid particle erosion wear testing device with adjustable angle is designed. The design of the main components is completed, which provides a more efficient test method for the study of erosion wear behavior of solid particles at high temperature.
【學(xué)位授予單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1570146