電沉積鎳涂層鋼板的界面結(jié)合強度和成形性能分析.pdf

1、電沉積鎳涂層鋼板沖制成電池鋼殼要經(jīng)過多道工序,因此要求鋼板具有較高的抗拉強度和延伸率,不會產(chǎn)生鋼帶斷裂現(xiàn)象。同時,人們對鎳涂層可靠性和使用壽命提出越來越高的要求,而鎳涂層與基體的結(jié)合性能在很大程度上決定了涂層應(yīng)用的可靠性和使用壽命。
　　本論文采用理論分析和數(shù)值模擬對電沉積鎳涂層鋼板的界面結(jié)合強度及成形性能兩個方面進行了研究,其主要內(nèi)容如下:
　　1、采用有限元法平面模型進行了模擬計算,得到了涂層與基體在界面上的應(yīng)力場與應(yīng)變

2、場。計算結(jié)果表明,在沖壓過程中,界面上的應(yīng)力大小、拉壓性質(zhì)都是變化的,正應(yīng)力在-10～10MPa之間,剪應(yīng)力在-20～30MPa之間,并且涂層與基體的應(yīng)變在變形過程中是比較匹配的。
　　2、基于杯突試驗法(埃里克森實驗)的原理,運用板料的塑性成形理論,系統(tǒng)闡述和討論了鎳涂層鋼板成形一般分析過程。本文建立了結(jié)合Mises屈服準(zhǔn)則的雙摩擦系數(shù)狀態(tài)下的拉伸力學(xué)模型;推導(dǎo)了板料拉伸過程中的幾何關(guān)系、鋼板和涂層的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系;討論了成形過程

3、中凸緣變形區(qū)、凹模圓角區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和沖壓力。
　　3、運用顯示動力算法對電沉積鎳涂層鋼板成形過程進行了模擬,得到了鎳涂層和鋼基體的應(yīng)力場、應(yīng)變場和厚度變化情況,結(jié)果顯示當(dāng)板料出現(xiàn)斷裂時,鎳涂層和鋼基體的厚度變薄率分別達到了54％和52%;并對界面應(yīng)力進行了分析后發(fā)現(xiàn):界面的剪應(yīng)力值在-4～6MPa之間,正應(yīng)力值在-30～0.2MPa之間,界面剪應(yīng)力和正應(yīng)力值最大地方在凹模圓角處。
　　4、采用Clift等人提出的韌性斷裂準(zhǔn)則

4、與有限元分析軟件相結(jié)合的原理,預(yù)測了鎳涂層厚度為0.01mm、鋼基體厚度為0.25mm的電沉積鎳涂層鋼板的IE值(12.5),并在LS-DYNA后處理器中形成成形極限圖與Clift等人提出的韌性斷裂準(zhǔn)則所計算的結(jié)果進行比較,發(fā)現(xiàn)他們兩者的數(shù)據(jù)基本一致。
　　5、基于劃痕試驗法的原理,運用李和謝費的滑移線場理論,建立了涂層-基體界面結(jié)合力的理論計算方法,計算出0.01～0.09mm厚電沉積鎳涂層的界面結(jié)合力,其數(shù)值為5.4～48.6