论文部分内容阅读
等离子喷涂技术可用于失效零件表面修复和改性，延长其服役寿命。采用声发射技术监测等离子喷涂层的接触疲劳损伤过程并揭示其损伤机理具有非常重要的意义。本文采用超音速等离子喷涂设备在45#钢基体上制备了具有ALSiNi粘结底层的Fe基合金涂层。借助相关的分析设备对涂层的微观结构、成分、相结构进行了表征，并对其孔隙率、结合强度、显微硬度和弹性模量进行了测试；研究了涂层接触疲劳损伤过程中声发射信号反馈规律，分析了涂层接触疲劳损伤机理；探讨了不同接触疲劳失效模式下声发射幅值的变化规律；研究了声发射特征参数在不同接触疲劳损伤阶段的反馈规律；进行了基于声发射信号的涂层接触疲劳失效预警的研究，建立了预警寿命和失效寿命的 Weibull 分布概率统计模型；通过小波变换对不同接触疲劳损伤阶段的声发射信号进行分解和重构，提取了包含疲劳损伤特征的波形和频率信息。 结果表明，涂层接触疲劳损伤过程分为弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展四个阶段，弹塑性变形和裂纹萌生占涂层全部寿命的80%以上，是决定疲劳寿命长短主要阶段。裂纹稳定扩展和失稳扩展持续时间极短，一旦裂纹开始稳定扩展，则预示着最终失效即将发生；根据裂纹失稳扩展阶段的声发射幅值可以判断涂层接触疲劳失效模式，幅值为87~93dB时易发生剥落或分层失效，幅值为78~83dB易发生点蚀失效；声发射幅值、RMS、能量、计数和平均频率在不同接触疲劳损伤阶段具有不同的反馈规律；基于声发射信号的失效预警先于最终失效出现，随着循环周次的增加，预警量增加。在失效概率低于90%的条件下，预警寿命占失效寿命的百分比高于78%；弹塑性变形和裂纹萌生阶段的声发射信号以连续型为主，裂纹稳定扩展阶段的声发射信号以混合型为主，裂纹失稳扩展阶段的声发射信号以突发型为主；包含疲劳损伤信息的声发射信号易被环境噪音干扰甚至掩埋，采用dB10基本小波对其进行5层分解和重构，实现了将干扰信号与疲劳损伤信号分离，获得了高信噪比的疲劳损伤特征信号。