NiCrAlY和镁合金涂层的力学性能与疲劳性能研究

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航空飞机发动机叶片常处在高温、高压、振动等恶劣环境下工作,此外还伴随着腐蚀和磨损的问题,这些苛刻的条件使得飞机发动机叶片的服役寿命大大缩短,其中由振动引起的疲劳破坏是叶片主要失效形式之一。从表面工程的角度来看,表面失效的形式有磨损、腐蚀、和高温氧化等失效形式。一般情况下,表面失效形式是不可避免的,它会引起叶片的形状尺寸的变化,降低发动机性能和效率,表面失效的发展最终还有可能会导致整体失效。因此,研究针对薄壁构件采用合理的被动抑振方法来减小振动应力带来的损伤及改善表面质量有着重要的现实意义。本文将研究薄板表面合金类阻尼涂层的制备、表征及制备工艺参数对涂层力学性能、疲劳性能的影响。首先,利用电弧离子镀膜机在不锈钢基片上制备了多组不同工艺参数NiCrAlY和镁合金涂层。根据两种合金各自的材料特性,通过改变制备涂层过程中的靶电流以及基片负偏压这些工艺参数,得到了具有不同表面特征的涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)这些测试手段,得到了涂层相应的形貌图样以及化学成分。通过纳米压痕仪和纳米划痕仪等检测手段,得到了涂层相应的硬度、弹性模量以及膜基结合力等力学性能参数。通过对测试结果的讨论分析,得到不同工艺参数对涂层的形貌,力学性能的影响规律。其次,本文还利用有限元分析软件(ANSYS14.5)对金属涂层接触疲劳性能进行了研究。利用建模软件建立起了基片、涂层及接触体的三维模型,然后导入有限元分析软件。利用有限元分析软件的接触模块对三维模型进行了网格划分、边界条件的设置、载荷加载及相应的求解。通过有限元分析软件对涂层的接触疲劳性能的模拟分析后得到了,涂层的弹性模量及泊松比这些力学参数变化对涂层表面最大接触应力的影响规律。在相同的工况条件下,涂层表面最大接触应力随弹性模量的增大而增大,随泊松比的增大而减少。得到的结论可以通过相关的实验进行验证,并为之后的涂层接触疲劳寿命预测提供参考依据。
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