大气等离子喷涂Al2O3-40％TiO2复合陶瓷涂层的组织与性能研究

摘要

舰船在高温、高湿、高盐雾的海洋环境中长时间远距离航行，其关重部件（关键重要部件)极易损坏失效，并且产生的损伤面积较大，修复过程要求精度较高，严重影响舰船的正常航行。因此关重部件的表面修复与强化对工程实际有着重大的意义。
　　本文采用大气等离子喷涂技术制备了Al2O3-40％TiO2陶瓷涂层，观察其显微组织，测试显微硬度、孔隙率、耐磨损、耐腐蚀等性能，并优化喷涂工艺参数，采用有限元方法，分析涂层冷却过程中的残余应力，并对关重部件表面进行修复与强化。
　　(1)通过扫描电子显微镜、数字式显微硬度仪、电子天平、摩擦磨损试验机等试验设备，研究分析了涂层的微观结构、显微硬度、孔隙率以及耐磨损性能。
　　(2)采用正交试验法，考虑喷涂电压、喷涂电流、主气流量和喷涂距离4个因素并结合极差分析方法，对涂层的显微硬度、孔隙率和断裂韧性进行综合评价，优化大气等离子喷涂Al2O3-40％TiO2涂层的工艺参数，分析各因素对涂层质量的影响。
　　(3)对喷涂功率不同的试样分别进行电化学腐蚀、全浸泡腐蚀以及盐雾腐蚀试验，测试试样的极化曲线、腐蚀质量以及观察其盐雾腐蚀表面特征，讨论喷涂功率对等离子喷涂Al2O3-40％TiO2涂层的耐腐蚀性的影响，分析Al2O3-40％TiO2涂层的腐蚀机制。
　　(4)采用有限元方法，研究了涂层冷却过程中内部残余应力分布情况，探讨了涂层厚度、孔隙、裂纹等因素对残余应力的影响。
　　(5)根据关重部件失效的实际情况，应用等离子喷涂技术制备Al2O3-40％TiO2涂层，进行改性修复与强化，增强关重部件的耐磨损抗腐蚀性能，提高使用寿命，节约成本，充实了绿色维修与再制造的内容。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 课题的研究意义

1．2 等离子喷涂陶瓷涂层的研究现状

1．3 陶瓷涂层有限元分析的研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 Al2O3-40％TiO2复合涂层的微观结构及耐磨性能

2．1 陶瓷涂层制备材料

2．1．1 基体材料

2．1．2 涂层材料

2．2 试验制备工艺及方法

2．2．1 试验设备

2．2．2 制备工艺

2．2．3 试验方法

2．3 试验结果与讨论

2．3．1 微观组织结构

2．3．2 显微硬度

2．3．3 涂层孔隙率

2．3．4 涂层摩擦磨损性能

2．4 本章小结

第3章 工艺参数对Al2O3-40％TiO2复合涂层性能的影响

3．1 试验工艺与方法

3．2 试验结果分析

3．2．1 正交试验分析

3．2．2 优化工艺参数的试验验证

3．3 本章小结

第4章 Al2O3-40％TiO2复合涂层的耐腐蚀性能研究

4．1 试验方法与设备

4．1．1 电化学腐蚀试验

4．1．2 全浸泡试验

4．1．3 盐雾腐蚀试验

4．2 试验结果与讨论

4．2．1 极化曲线分析

4．2．2 全浸泡试验分析

4．2．3 盐雾腐蚀试验分析

4．3 本章小结

第5章 Al2O3-40％TiO2复合涂层残余应力有限元分析

5．1 有限元分析简介

5．2 Al2O3-40％TiO2复合涂层的有限元分析

5．2．1 有限元模型与材料性能

5．3 结果与分析

5．3．1 涂层内部的残余应力分布

5．3．2 涂层厚度对残余应力的影响

5．3．3 孔隙和裂纹对冷却过程中残余应力的影响

5．4 本章小结

第6章 Al2O3-40％TiO2复合涂层的典型工程应用

6．1 在正时齿轮修复中的应用

6．2 在海水泵轴强化中的应用

6．3 在压缩机活塞杆修复中的应用

6．4 本章小结

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文

致谢