氮化物涂層的沖蝕磨損模擬研究.pdf

1、沖蝕磨損是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常見的磨損形式之一,是引起材料破壞或者失效的一個重要原因。研究表明使用氮化物涂層材料是提高材料抗沖蝕磨損性能的有效途徑之一。本文利用有限元和實驗研究的方法,研究了氮化物涂層材料的沖蝕磨損性能,全文主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　運用壓痕斷裂力學(xué),對脆性材料沖蝕過程進行了力學(xué)分析,建立了脆性材料的體積去除模型;并利用ANSYS/LS-DYNA軟件,建立了一種五顆粒的氮化物涂層的沖蝕磨損有限元模型,利用該模型對氮化物

2、涂層的沖蝕磨損性能進行了有限元分析。
　　分析了涂層結(jié)構(gòu)(厚度、過渡層)對氮化物涂層沖蝕磨損的影響,結(jié)果表明涂層的沖蝕率隨涂層厚度的增加而減小;有過渡層的涂層表現(xiàn)出更好的抗沖蝕磨損性能。
　　分析了涂層的機械性能(硬度H、彈性模量E)對氮化物涂層沖蝕磨損的影響,得出了涂層的沖蝕率隨彈性模量的增加而降低,隨H/E和H3/E2值的增大而減小,涂層的硬度H與彈性模量E兩項力學(xué)性能會綜合影響涂層的沖蝕磨損性能。
　　分析了基體

3、彈性模量對氮化物涂層沖蝕磨損性能的影響,結(jié)果表明基體與涂層的彈性模量相當時,涂層的抗沖蝕性能最好。
　　分析了環(huán)境參數(shù)(沖蝕角、沖蝕速度)對氮化物涂層沖蝕磨損的影響,結(jié)果表明涂層的沖蝕率隨沖蝕速度的增大而增大,隨沖蝕角的增大而增大,在沖蝕角為90°時沖蝕率達到最大值,涂層表現(xiàn)出典型的脆性材料沖蝕特性。
　　分析了磨料性能(粒徑、形狀、硬度)對氮化物涂層沖蝕磨損的影響,結(jié)果表明涂層沖蝕率隨粒徑增加而上升;隨磨料硬度的增大而增大

4、,當磨料硬度和涂層硬度比值Hp/Ht>1時,涂層承受的是硬磨料沖蝕,沖蝕率相對較大;當Hp/Ht<1時,涂層承受到的是軟磨料沖蝕,沖蝕率相對較小;分析了磨料形狀對涂層沖蝕磨損的影響,結(jié)果表明六棱柱磨料的沖蝕能力約為球形磨料的4倍。
　　利用沖蝕磨損試驗機,對TiAlN涂層沖蝕磨損性能進行了實驗研究,實驗結(jié)果表明,TiAlN涂層的沖蝕率約為硬質(zhì)合金WC/TiC/Co基體的1/4。利用光學(xué)干涉輪廓儀,觀測了TiAlN涂層沖蝕表面的宏觀