利用应力波测定涂层结合强度的研究

摘要

涂层技术是改善材料表面性能的一个重要方法。表面涂层技术的最大优势，是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，使零件具有比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等性能。涂层与基体的结合强度是评价涂层质量最关键的指标，是保证涂层满足机械、物理和化学等使用性能的前提。目前评价涂层结合强度的方法尽管有多种，然而却远未规范与完善。 基于以上的应用背景和工程意义，本文对涂层与基体间的结合强度的测试方法进行了探索性的研究，提出了一种新的涂层结合强度的测试方法，即利用应力波(应力脉冲)来测定涂层与基体的结合强度。 测定涂层结合强度所采用的方法是在基体杆的一个自由端面喷制铁基(或镍基)涂层(厚度约1mm)，在杆的另一端由分离式Hopkinson压杆(SHPB)冲击产生压应力脉冲，压应力脉冲在喷制了涂层的自由端反射为拉应力脉冲。若拉应力幅值足够大，则可在涂层与基体的界面上将涂层拉开。在杆的中部粘贴应变片，由计算机数据采集系统自动记录应力脉冲的值。 基于一维应力波理论，本文对应力波拉开涂层的测试原理进行了详尽的分析，得到了计算涂层结合强度的数学表达式，并按此对铁基和镍基涂层的结合强度进行了实验研究和结果分析，得到了铁基和镍基涂层与基体杆(45＃钢)之间的结合强度的数值。 本文针对所提出的这种新的涂层结合强度测试方法进行了初步研究，在内容上完成了从理论分析到实验研究的过程，并得出令人满意的研究结论。但也应当看到，对于这种评价涂层结合强度的全新方法，本文工作仅是一个开端，试样长度、涂层种类以及涂层厚度等多方面内容上均有待于更加深入地研究与探索。这种方法的缺点是要求将试样做成直杆。

目录

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第一章前言

1.1涂层与基体结合强度测试的研究现状

1.1.1涂层技术

1.1.2涂层与基体间结合强度的评价方法

1.2本文的主要工作

第二章一维应力波的线性理论

2.1引言

2.2杆中应力波理论的基本概念

2.2.1波阵面

2.2.2纵波与横波

2.2.3间断波和连续波

2.2.4加载波与卸载波

2.3一维纵波波动方程的建立

2.3.1连续方程

2.3.2运动方程

2.3.3本构方程

2.3.4波动方程的解

2.4波阵面上的守恒条件

2.4.1位移连续条件

2.4.2动量守恒条件

2..5弹性波的相互作用

2.5.1两弹性杆的纵向同轴撞击

2.5.2两弹性波的相互作用

2.6弹性波的反射与透射

2.7小结

第三章测试理论及试验装置

3.1应力波测试涂层结合强度的基本原理

3.1.1理想矩形应力脉冲的测量原理

3.1.2梯形应力脉冲的测量原理

3.2 Hopkinson压杆试验装置简介

3.3涂层结合强度测试装置

3.4小结

第四章涂层结合强度的测试与分析

4.1基体杆中应力波波速C1的确定

4.2铁基涂层的结合强度分析

4.3镍基涂层的结合强度分析

4.4涂层结合强度的测试过程

4.5铁基涂层结合强度的确定

4.5.1应力幅值的确定

4.5.2铁基涂层结合强度的测试结果

4.6镍基涂层结合强度的确定

4.7小结

第五章总结

5.1本文的研究结论

5.2本文的工作总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢