球墨鑄鐵基體表面涂層設(shè)計(jì)及性能分析.pdf

1、球墨鑄鐵具有優(yōu)異的機(jī)械性能，常作為鋼的替代品，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備及零件的加工制造。在球墨鑄鐵基體表面制備各種功能涂層，是提高機(jī)械設(shè)備及零件性能的有效方法。本文建立了5種球墨鑄鐵基體表面耐磨耐腐蝕涂層模型，采用ANSYS有限元法和酸堿腐蝕實(shí)驗(yàn)，研究涂層的熱應(yīng)力和耐腐蝕性能。主要得出了以下研究成果。
　　有限元模擬結(jié)果表明，傳熱方向、涂層厚度、界面形狀和涂層材料對(duì)界面熱應(yīng)力有重要影響。模擬分析厚度位于0.02～0.20(mm)的C-2

2、76涂層和PFA+C-276雙涂層模型的熱應(yīng)力性能得出，涂層厚度位于0.08～0.12（mm）范圍內(nèi)，哈氏合金C-276涂層的界面熱應(yīng)力性能良好;縱向傳熱的界面熱應(yīng)力高于橫向傳熱的界面熱應(yīng)力，涂層厚度達(dá)到0.20mm時(shí)，縱向傳熱的界面熱應(yīng)力比橫向高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。PFA+C-276雙涂層膜系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)是，表層與底層最佳厚度比位于0.176～0.33;表層與底層最佳總厚度位于0.1～0.15(mm)。
　　研究不同頻率的正弦曲面和

3、螺桿表面涂層的熱應(yīng)力性能發(fā)現(xiàn)，隨著正弦曲面頻率增大，界面熱應(yīng)力波動(dòng)幅度增大，波峰和波谷處應(yīng)力集中效應(yīng)越明顯;螺桿表面齒頂圓棱邊和齒根圓拐角處，軸向和徑向熱應(yīng)力分別發(fā)生跳躍和突變現(xiàn)象，最大熱應(yīng)力是平均熱應(yīng)力的4～5倍。
　　同樣溫度場(chǎng)條件下，涂層和基體材料具有不同的物理性質(zhì)是影響界面熱應(yīng)力的主要因素。熱應(yīng)力性質(zhì)受涂層與基體熱膨脹系數(shù)的差值控制。差值為正時(shí)，表現(xiàn)為拉應(yīng)力，差值為負(fù)時(shí)，表現(xiàn)為壓應(yīng)力;隨著差值的增大，熱應(yīng)力隨之增大;差值每

4、增加10-6/℃，熱應(yīng)力增加6～7(MPa)。
　　采用熱噴涂和真空磁控濺射鍍膜技術(shù)在球墨鑄鐵基體表面制備涂層樣片。通過(guò)3組腐蝕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，涂層與基片都具有優(yōu)異的耐堿腐蝕性;HCl的腐蝕性略強(qiáng)于H2SO4;熱噴涂工藝制備的50Ni-33P-10Cr-7Fe厚涂層具有優(yōu)異的耐強(qiáng)酸腐蝕性。10％H2SO4、2％H2SO4和2％HCL溶液對(duì)涂層的平均腐蝕量分別是1.98×10-3g/h、1.54×10-4g/h和2.08×10-4g/h。