基于分形理论的超音速等离子喷涂层界面结合行为研究

为研究结合界面形貌与涂层体系结合强度之间的关系,采用超音速等离子喷涂设备制备Fe基合金涂层,选用(Ni,Al)涂层作为黏接底层.通过改变Ar气流量,获得不同粗糙表面的黏接底层.采用对偶件拉伸法测量复合合金涂层体系的结合强度,同时引入分形理论对结合界面形貌进行定量表征,结果表明:黏接底层能显著提高涂层的结合强度,随着Ar气流量的升高,黏接底层表面分形维数不断降低,涂层体系的结合强度则呈现出先增大后减小的趋势.     

等离子喷涂层原生性孔隙几何结构的分形及统计特性

孔隙是等离子喷涂涂层原生性结构, 对涂层的耐磨损、耐腐蚀、耐高温等性能具有显著影响, 是涂层参数优化的重要指标之一. 因此, 对涂层孔隙结构特征参数的全面表征对于更加精确地评价涂层质量具有重要意义. 本文将概率统计方法、分形方法与数字图像分析技术相结合, 研究了等离子喷涂涂层原生性孔隙数量、形态、尺寸及其分布等结构特征参数表征方法及孔隙的成形机理. 首先通过改变喷涂功率得到不同孔隙状态的Fe基合金涂层, 随后采用数字图像分析技术对涂层截面孔隙的扫描电子显微形貌图进行处理, 最后通过Weibull统计模型分析了孔隙周长及面积的尺寸分布特征, 并利用基于分形思想的面积-周长幂率研究了孔隙不规则形态的定量表征方法. 在实验过程中, 为了分析涂层孔隙的成形机理, 采用Spraywatch在线监测喷涂粒子的飞行状态. 结果表明: 分形维数能够表征孔隙的不规则形态, 分形维数越大, 孔隙面积越大或边界形态越复杂, 并且其与孔隙的成形机理之间存在良好的映射关系; 孔隙面积及周长的尺寸分布均服从明显的两项Weibull分布特征, 孔隙尺寸较小时, 形状参数β 较大, 而孔隙尺寸较大时, 则反之; 喷涂功率对孔隙尺寸的聚集特点产生不同程度的影响, 随着喷涂功率的增加, 粒子的融化状态逐渐改善, 孔隙的尺寸明显降低; 而当孔隙面积(周长)小于特征值时, 相同尺寸的孔隙概率密度值则越来越接近, 说明孔隙功率的变化对小尺寸孔隙出现的概率影响较小.     

剂量对润滑条件下氮离子注入316L不锈钢摩擦学行为的影响

氮化钢零件在工业上获得了广泛应用，但表面N含量对其在润滑条件下摩擦学行为的影响规律及其机理认识不够清楚. 通过改变剂量调控316L不锈钢氮离子注入试样表面N含量，研究了剂量对其在润滑条件下摩擦磨损性能的影响规律及其机理，结果对润滑条件下氮化钢零件应用具有重要意义. 研究结果发现:剂量从0增加到2×1017 N+/cm2时，边界润滑条件下注入试样的摩擦系数和磨损率以及对摩球磨损率明显降低，且在二烷基二硫代磷酸锌润滑条件下氮离子注入对摩擦磨损性能的改善更为显著；其作用机理为试样表面较高的N含量使二烷基二硫代磷酸锌在摩擦过程中生成链长更短、硬度更高的玻璃态磷酸盐聚合物. 但进一步增大剂量对注入试样的摩擦磨损性能影响不大.