基于计算模拟厚耐磨性复合涂层解剖.doc

基于计算模拟分析厚耐磨性复合涂层 摘要：一个计算机模型和仿真方法被开发，并应用到耐磨性复合涂层分析中。三个新的数值有限元模型被开发出来，包括典型的厚热喷涂和激光熔覆金属基体涂层的微观形貌。第一个是理想合成无缺陷的材料模型，第二个是先进的含缺陷的合成模型和第三个是基于图像的真实模型。一种热喷涂WC-CoCr涂层和激光熔覆WC-NiCrBSi合金涂层为特征对象，获得其微观结构，用于计算应力和应变模拟。该模拟进行了一组接触条件下的压痕和划痕试验。磨损特征在干燥条件下进行了橡胶砂轮测试和滑动接触针-磁盘测试的验证empirically 实证分析。局部高曲率、缺口、异常大的颗粒、薄韧带或喉咙般结构的特殊材料相、相通的碳化物集群或一个特定材料相的局部高分数等特征对所产生的应力状态和涂层的耐磨性有很大的影响。相对于参考钢表面，该涂层的复合结构将磨料磨损率降低了2-50倍，滑动磨损率降低了四个以上的数量级。 关键词：模型化 磨损 复合物涂层 1、引言 磨损发生在产品零部件和工具的顶面。耐磨性的要求，因此特别注重表面性质。先进表面工程提供了许多可能性修改表面性质，更耐磨，例如通过表面处理薄涂层开发高性能材料他们基于有限元的图像变形方法用于制造气孔和裂纹热喷涂表面的三维微结构模型。 磨损过程的建模需要其种类的建模技术近场动力学所开发的模型研究方法 （2）材料的性能显微组织之间的相互作用 （3）微观结构和制造工艺 用现有的知识去建立一个覆盖整个PSPP范围的计算模型往往是过于复杂。因此，本文所述方法更充分利用一步步建模策略 图1 PSPP方法将摩擦学设计性能标准和涂层处理 （4）确定该材料副的相关材料特性，如宏观、微观或纳米级的材料特性。 （5）对所选择的材料和接触条件进行计算机模拟，以显示当前的应力、应变和变形。 （6）将模拟结果同相同条件下的验证测量结果比较，已确认该模型的准确性。 （7）基于脆韧性材料的磨碎机理计算裂纹产生和增长的趋势，该结果可导致材料的分离。 （8）用关键部位的应力应变峰值确定可能超过材料能力的主导变量。 （9）进行主导变量的参数分析 图2 基于计算材料及加载响应模拟表面涂层最佳耐磨性的优化方法The equation can cover a large range of material, geometry and energy variables. Simulations can be done to explore the risk for surface failure and wear in various conditions.仿真仿真来探讨不同条件下表面失效和磨损风险。如图2所示第一阶段的方程不显示累积的磨损过程也不能预测磨损部件的寿命。可以表示为表面耐磨性（SWR）提高表面材料的选择和的摩擦学设计先前已经薄均匀的涂层表面建模和仿真，如图2所示如TiN和DLC涂层步骤（7）（9）目前正在进行中，以后将被单独。根据上面所描述的方法此目的开发的软件称为VTT适当调整?材料及表征这项工作对两种典型的厚复合涂层耐磨性研究，热喷涂WC-CoCr涂层和激光熔覆WC NiCrBSi涂层。热喷涂涂层沉积通过氢气作为燃料气体高速氧燃料（HVOF）系统。μm典型层片的填充层片和直径为10-50μm层片组成。该结构包括随机分布的裂缝空隙和毛孔。CoCr激光熔覆涂层的金属基体材料含CrB、Si合金元素的Ni基合金。粒径在45-106μm之间50％球形的稠合WC粉末作为强化相被加入。用3Kw的光纤耦合二极管同轴包层喷嘴激光熔敷涂层结构球状WC颗粒在金属NiCrBSi合金基体两种涂层沉积590-710氧化铝喷砂处理的AISI 1018钢基体丙酮浴超声波清洗为了得到模型准确的输入值需要确定表面材料宏观层面力学性能确定非常详细两个复合结构的微观性质。确定准确微观尺度在某些情况下，没有合适的测量方法，。结构和性质另外材料数据给定的碳钢参考材料。这用来8节复合涂层的摩擦学性能 图3 一种理想合成无缺陷的WC-CoCr涂层的有限元网格WC-CoCr涂层材料的结构和性能数据复合涂层的建模 8