冷噴涂粒子變形結(jié)合行為及涂層組織力學(xué)性能研究.pdf

1、通過(guò)觀察冷噴涂Ni粒子和Cu合金粒子碰撞基板后的變形形貌研究了氣體溫度和基板硬度對(duì)粒子變形結(jié)合行為的影響。采用普通金相、掃描電鏡、透射電鏡、電子探針和拉伸實(shí)驗(yàn)等方法表征了冷噴涂Ni涂層退火前后的組織與力學(xué)性能，研究了微鍛效應(yīng)和退火處理對(duì)涂層組織與力學(xué)性能的影響，分析了Ni涂層微觀組織的演化機(jī)制，并探討了冷噴涂金屬涂層的結(jié)合機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 隨著氣體溫度的升高，粒子扁平率呈漸緩趨勢(shì)增加，射流面積增大，粒子的結(jié)合率提高。隨著基板

2、硬度的增加，粒子的扁平率增加，粒子與基板間的結(jié)合機(jī)制由純機(jī)械結(jié)合向混合機(jī)制（金屬鍵合＋機(jī)械結(jié)合）過(guò)渡，當(dāng)基板硬度遠(yuǎn)高于粒子硬度時(shí)，碰撞過(guò)程中基板變形量很小，僅粒子發(fā)生強(qiáng)塑性變形，難以形成有效結(jié)合。 冷噴涂Ni粒子內(nèi)存在剪切失穩(wěn)薄層、強(qiáng)塑性變形區(qū)與低塑性變形區(qū)三個(gè)變形程度不同的區(qū)域，其中粒子與基板的結(jié)合質(zhì)量主要受剪切失穩(wěn)薄層控制，而變形后粒子的形狀主要受塑性變形區(qū)控制。 冷噴涂Ni涂層局部區(qū)域內(nèi)的微觀組織有明顯差異：距離粒

3、子界面越近，晶粒的變形程度越嚴(yán)重，晶粒細(xì)化也越明顯；界面處，微觀組織以帶狀晶和等軸晶為主。兩區(qū)域?qū)?yīng)的組織演變機(jī)制分別是高應(yīng)變率動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的晶粒細(xì)化機(jī)制。 微鍛效應(yīng)對(duì)冷噴涂涂層的質(zhì)量有重要影響，但作用范圍小，屬于短程效應(yīng)。 隨著退火溫度的升高，冷噴涂Ni涂層的硬度逐漸下降，斷后延伸率逐漸增加，抗拉強(qiáng)度先增后減，其拉伸斷裂行為也由脆性斷裂過(guò)渡到脆性、延性混合斷裂，最后轉(zhuǎn)變?yōu)檠有詳嗔选?合理的后續(xù)退

4、火處理可以大幅提高冷噴涂Ni涂層的抗拉強(qiáng)度，但退火難以消除涂層中大的缺陷，不能顯著增加斷后延伸率。涂層在高溫退火時(shí)（如Ni涂層900℃退火），易發(fā)生異常晶粒長(zhǎng)大、氧化物球化團(tuán)聚以及各種缺陷向晶界擴(kuò)散聚集形成孔洞等現(xiàn)象，這均降低了高溫退火涂層的抗拉強(qiáng)度。 冷噴涂金屬涂層的主要結(jié)合機(jī)制為絕熱剪切失穩(wěn)機(jī)制，機(jī)械結(jié)合機(jī)制次之，擴(kuò)散機(jī)制可以忽略。其中剪切失穩(wěn)機(jī)制可歸納如下：當(dāng)粒子碰撞速度達(dá)到或超過(guò)臨界速度時(shí)，絕熱摩擦和絕熱剪切使熱能“沉積