本文關(guān)鍵詞：爆炸壓涂制備功能涂層及其機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 爆炸壓涂 功能涂層 納米氧化鋯涂層 機(jī)理研究 數(shù)值模擬 沖擊溫升

【摘要】：隨著表面技術(shù)及工程的發(fā)展,各種功能涂層愈來愈引起人們的重視,其應(yīng)用范圍涉及能源、石油化工、紡織、海洋、水利工程、建筑、機(jī)械、航空航天、交通、軍事等諸多領(lǐng)域,與國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防及人們的日常生活關(guān)系日益緊密,已成為表面工程技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。近年來,納米材料涂層的發(fā)展突飛猛進(jìn),但納米材料涂層的制備技術(shù)仍是限制其廣泛應(yīng)用的主要瓶頸因素,特別是功能涂層的制備技術(shù)更是眾多科研工作者的研究重點(diǎn)方向之一本文提出了一種新型的涂層制備技術(shù)——爆炸壓涂,詳細(xì)介紹了爆炸壓涂的原理,確定了爆炸壓涂的工藝路線,設(shè)計(jì)了爆炸壓涂試驗(yàn),主要研究了涂層的結(jié)合機(jī)理。在研究的過程中,涉及到爆炸沖擊方面的理論有炸藥爆轟驅(qū)動(dòng)飛板、粉末介質(zhì)中的沖擊波、粉末材料的沖擊狀態(tài)方程等。利用爆炸壓涂成功地制備了銅涂層。根據(jù)爆轟驅(qū)動(dòng)飛板理論,研究了關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)涂層制備的影響。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計(jì)等設(shè)備研究了涂層的金相組織、斷面形貌、表面元素成分和顯微硬度,用截線法計(jì)算了涂層的平均孔隙率。對(duì)爆炸壓涂金屬涂層的形成機(jī)理進(jìn)行了分析。涂層的形成機(jī)理包括金屬板與金屬粉末的結(jié)合機(jī)理、金屬粉末顆粒之間的結(jié)合機(jī)理兩個(gè)方面。指出爆炸壓涂過程中板粉界面附近的角變形是造成界面失穩(wěn)并形成波狀界面的重要因素之一,影響著界面的結(jié)合狀態(tài)和結(jié)合強(qiáng)度；金屬板在高速變形下發(fā)生了剪切失穩(wěn),產(chǎn)生了金屬射流,有利于金屬板與粉末緊密結(jié)合。至于粉末之間的結(jié)合機(jī)理主要是顆粒塑性變形、高壓下孔隙閉合和顆粒表面熔化共同作用的結(jié)果。計(jì)算了金屬粉末在沖擊壓縮和顆粒塑性變形作用下造成的溫升。分析了沖擊波壓縮粉末材料使其溫度升高的原因,推導(dǎo)了沖擊波壓縮粉末產(chǎn)生的溫升計(jì)算公式。另外,粉末材料在沖擊波作用下發(fā)生塑性變形,同樣會(huì)使粉末材料溫度升高。這兩種情況造成的溫升都是瞬時(shí)的,而且沖擊波壓力卸載是等熵過程,對(duì)溫度來說是絕熱的。在如此短暫的時(shí)間內(nèi),熱量還來不及傳導(dǎo)至粉末顆粒內(nèi)部,一旦顆粒表面的溫度達(dá)到粉末材料的熔點(diǎn),顆粒表面將產(chǎn)生熔化,之后將以材料固化的形式顆粒之間彼此緊密結(jié)合在一起。利用LS-DYNA有限元程序中的SPH無網(wǎng)格法模擬了爆炸壓涂制備銅涂層過程中不同沖擊速度下的沖擊波傳播過程,繪制了沖擊波在銅粉末中傳播的壓力云圖、壓力與時(shí)間關(guān)系曲線、壓力與顆粒層數(shù)的關(guān)系曲線。對(duì)每層粉末來說,知道當(dāng)前層的沖擊壓力,就可以計(jì)算這層粉末的溫升,與材料的熔點(diǎn)溫度對(duì)比,就可以判斷當(dāng)前層是否能夠熔化。沖擊波壓力隨著傳播距離逐漸衰減的,粉末層必將存在溫度梯度,即粉末的溫度是逐層降低的。一旦當(dāng)前層的溫度降低到材料的熔點(diǎn)以下,這層的粉末和下層粉末不能有效結(jié)合,從而可以確定粉末的有效結(jié)合層數(shù)。通過壓力和粉末層數(shù)的關(guān)系曲線,可以計(jì)算爆炸壓涂金屬粉末涂層的有效結(jié)合層數(shù)。利用爆炸壓涂技術(shù)制備了陶瓷材料涂層,研究了陶瓷涂層的結(jié)合機(jī)理。并且初步分析了納米尺度陶瓷涂層的微細(xì)觀機(jī)理。通過對(duì)爆炸壓涂制備的納米氧化鋯陶瓷涂層測試分析,發(fā)現(xiàn)涂層中顆粒沒有發(fā)生熔化；經(jīng)過對(duì)粉末和涂層的晶粒尺寸計(jì)算,指出納米氧化鋯顆粒并沒有發(fā)現(xiàn)晶粒長大的現(xiàn)象。其后分析了爆炸壓涂過程中陶瓷顆粒的破碎機(jī)理,解釋了納米陶瓷涂層的結(jié)合機(jī)理。最后,總結(jié)了研究成果,并給出了下一步研究工作的建議。
【關(guān)鍵詞】：爆炸壓涂 功能涂層 納米氧化鋯涂層 機(jī)理研究 數(shù)值模擬 沖擊溫升
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ630.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 選題背景和意義11-13
• 1.2 爆炸壓涂及其相關(guān)的爆炸加工技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展13-16
• 1.3 功能涂層制備技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展16-18
• 1.4 本文的工作及特色18-20
• 2 爆炸壓涂制備涂層的相關(guān)理論20-33
• 2.1 爆轟驅(qū)動(dòng)飛板理論20-22
• 2.1.1 一維簡化模型20-21
• 2.1.2 二維簡化模型21-22
• 2.2 多孔材料中的沖擊波22-26
• 2.3 粉末材料的沖擊狀態(tài)方程26-28
• 2.4 爆炸壓涂宏觀機(jī)理28-30
• 2.5 爆炸壓涂細(xì)觀機(jī)理30-32
• 2.6 小結(jié)32-33
• 3 銅板銅粉爆炸壓涂的實(shí)驗(yàn)研究33-49
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)33-39
• 3.1.1 試驗(yàn)裝置及材料參數(shù)33-34
• 3.1.2 銅粉爆炸壓涂的關(guān)鍵參數(shù)理論分析34-36
• 3.1.3 銅粉爆炸壓涂的關(guān)鍵參數(shù)數(shù)值計(jì)算36-39
• 3.2 試驗(yàn)過程39-40
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果40-48
• 3.3.1 試驗(yàn)結(jié)果40-42
• 3.3.2 試驗(yàn)結(jié)果測試分析42-48
• 3.4 小結(jié)48-49
• 4 爆炸壓涂的機(jī)理研究49-60
• 4.1 爆炸壓涂金屬板與粉末的結(jié)合機(jī)理49-53
• 4.2 爆炸壓涂粉末間的結(jié)合機(jī)理53-58
• 4.2.1 塑性變形能54
• 4.2.2 微動(dòng)能54-55
• 4.2.3 摩擦能55-57
• 4.2.4 熔化能57-58
• 4.3 小結(jié)58-60
• 5 粉末顆粒結(jié)合溫度的計(jì)算60-73
• 5.1 計(jì)算沖擊波壓力61-62
• 5.2 計(jì)算沖擊波壓力下的比容62-63
• 5.3 計(jì)算粉末顆粒結(jié)合溫度63-68
• 5.3.1 粉末的沖擊溫升64-67
• 5.3.2 塑性變形過程中的溫升67-68
• 5.4 粉末溫升的計(jì)算算例68-72
• 5.5 小結(jié)72-73
• 6 粉末顆粒結(jié)合層數(shù)的計(jì)算73-89
• 6.1 沖擊波壓力衰減的數(shù)值模擬73-86
• 6.1.1 LS-DYNA簡介73-75
• 6.1.2 SPH法簡介75-77
• 6.1.3 有限元模型77-78
• 6.1.4 壓力衰減模擬結(jié)果78-86
• 6.2 粉末顆粒結(jié)合層數(shù)的計(jì)算86-88
• 6.3 小結(jié)88-89
• 7 制備納米陶瓷涂層及機(jī)理研究89-104
• 7.1 試驗(yàn)裝置及材料參數(shù)89-90
• 7.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析90-95
• 7.2.1 涂層的組織形貌90-92
• 7.2.2 孔隙率計(jì)算92
• 7.2.3 涂層的元素成分92-93
• 7.2.4 涂層的晶粒度計(jì)算93-95
• 7.3 粉末顆粒的溫升95-99
• 7.3.1 顆粒之間摩擦造成的溫升95-97
• 7.3.2 表面能釋放造成的溫升97-98
• 7.3.3 絕熱壓縮造成的溫升98-99
• 7.4 陶瓷粉末顆粒的結(jié)合機(jī)理99-103
• 7.4.1 納米陶瓷材料的斷裂破碎機(jī)理100
• 7.4.2 陶瓷材料的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度100-101
• 7.4.3 陶瓷材料的理論剪切強(qiáng)度101-103
• 7.5 小結(jié)103-104
• 8 主要結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)和進(jìn)一步研究的方向104-107
• 8.1 主要結(jié)論104-105
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)105
• 8.3 進(jìn)一步研究的方向和建議105-107
• 致謝107-108
• 參考文獻(xiàn)108-119
• 博士學(xué)習(xí)期間發(fā)表的論文及專利119

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 郭佑雄,趙福興,周祖榮;滑移爆轟作用下飛板運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究──雙 P-M 法[J];爆炸與沖擊;1998年02期

2 周斌;王全勝;柳彥博;馬壯;;納米氧化鋯涂層晶粒度與隔熱性能的關(guān)系[J];材料保護(hù);2006年03期

3 華中勝;姚廣春;馬佳;王磊;;短石墨纖維表面溶膠-凝膠法涂覆Al_2O_3[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年02期

4 劉松;爆炸噴涂技術(shù)及應(yīng)用[J];焊接;1997年09期

，

本文編號(hào)：897231