等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层失效分析及数值模拟

论文摘要

首先为了分析等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的失效机制，将带有陶瓷涂层的试件放入到锌液中进行腐蚀，并且对其进行循环加热冷却的热震试验。通过电镜照片的微观分析及X射线衍射分析得出，腐蚀后涂层与锌液界面处生成了锌铝氧三元化合物：ZnO·Al2O3、3ZnO·47Al2O3、4ZnO·11Al2O3等，但是这种反应消耗涂层的过程非常缓慢。由于陶瓷涂层与涂层基体之间热膨胀系数的差异，热震试验后，涂层出现开裂及涂层脱落的现象。对比腐蚀试验和热震试验说明，陶瓷涂层在锌液中腐蚀不能使涂层短期内发生失效，在热震后发生涂层发生开裂进而使锌液进入涂层内部直接与基体接触，是涂层的主要失效方式。最后，利用ANSYS软件模拟热震过程的产生应力。模拟热震试验结果获得了试件内部涂层及基体的应力分布，涂层内部应力远大于基体应力，且涂层内部应力为拉应力，符合试验中涂层收拉应力开裂的试验结果，并且随热震次数的增加，涂层内部积累的拉应力增大，最后是涂层开裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 锌液对热镀锌锅腐蚀发展现状
• 1.1.1 热镀锌工业介绍
• 1.1.2 热镀锌锅的腐蚀现状
• 1.1.3 目前热镀锌工业中抗锌液腐蚀存在问题
• 1.2 熔融锌液对钢铁材料腐蚀机理研究现状
• 1.2.1 熔融锌液对钢铁材料的腐蚀机理
• 1.3 耐熔融锌液腐蚀材料的研究现状
• 1.3.1 整体材料的研究
• 1.3.2 基体表面施加耐熔融锌液腐蚀层的研究
• 2O₃陶瓷涂层抗热震性研究现状'>1.4 陶瓷材料热震性评价理论及Al₂O₃陶瓷涂层抗热震性研究现状
• 1.4.1 陶瓷材料抗热震评价理论
• 2O₃陶瓷涂层抗热震性研究现状'>1.4.2 Al₂O₃陶瓷涂层抗热震性研究现状
• 2O₃陶瓷涂层热震过程热应力的数值模拟研究现状'>1.5 等离子弧喷涂Al₂O₃陶瓷涂层热震过程热应力的数值模拟研究现状
• 2O₃陶瓷涂层热震过程热应力的产生机理'>1.5.1 等离子弧喷涂Al₂O₃陶瓷涂层热震过程热应力的产生机理
• 1.5.2 等离子弧喷涂陶瓷涂层应力的数值模拟
• 1.5.3 ANSYS大型分析软件概述
• 1.6 本文的主要研究内容与创新点
• 1.6.1 本文主要研究内容
• 1.6.2 主要创新点
• 第二章 等离子弧喷涂陶瓷涂层试验
• 2.1 等离子弧喷涂陶瓷涂层试验原理
• 2.2 等离子弧喷涂设备及其工作过程
• 2.3 等离子弧喷涂陶瓷涂层工艺
• 2.3.1 材料的选用
• 2.3.2 基材的化学成分
• 2.3.3 陶瓷粉末材料
• 2.3.4 过渡层材料
• 2.3.5 喷涂前预处理
• 2.3.6 试验选用的喷涂工艺参数
• 第三章 熔融锌液对陶瓷涂层腐蚀效果分析
• 3.1 试验方法
• 3.2 试验结果与分析
• 3.2.1 腐蚀后涂层表面形貌分析
• 3.2.2 腐蚀试样断面组织分析
• 3.2.3 腐蚀试样表面相结构分析
• 3.2.4 腐蚀后涂层成分分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 陶瓷涂层热震性及失效机制
• 4.1 引言
• 4.2 涂层工作环境分析
• 4.3 热震试验方案设计
• 4.3.1 热震温度选择
• 4.3.2 试样材料及规格
• 4.3.3 试样制备
• 4.3.4 试验方法
• 4.4 试验结果及失效分析
• 4.4.1 热震试验结果
• 4.4.2 热震后涂层的组织形貌
• 4.4.3 涂层热震失效分析
• 4.5 热震对涂层防熔锌腐蚀效果的影响
• 4.5.1 热震裂纹对防熔锌腐蚀效果的影响
• 4.5.2 热震开裂对防熔锌腐蚀效果的影响
• 4.6 本章小结
• 2O₃陶瓷涂层热震应力的数值模拟'>第五章 等离子弧喷涂Al₂O₃陶瓷涂层热震应力的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 带有陶瓷涂层的镀锌锅基体数学模型的建立
• 5.2.1 温度场数学模型控制方程
• 5.2.2 温度场边界条件
• 5.2.3 应力场数学模型
• 5.3 材料热结构物理性质及ANSYS模拟计算过程
• 5.3.1 材料热物理性表
• 5.3.2 ANSYS模拟计算过程
• 5.4 模拟结果分析
• 5.4.1 三维试件温度场结果分析
• 5.4.2 三维试件应力场结果分析
• 5.4.3 带有裂纹源的涂层二维模拟结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢