陶瓷／金属梯度热障涂层动态设计软件的研制

结合热障涂层和功能梯度材料的概念,研究陶瓷／金属梯度热障涂层动态设计软件的结构与功能及其实现过程。通过具体的例子,对多层圆筒模型的温度场的解析解、差分解及有限元解的仿真结果进行了比较及分析。     

陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的传热与热应力有限差分分析

推导了多层陶瓷梯度涂层圆筒模型的温度和热应力分布，对变物性材料的差分解法进行了分析，并与实际的工程模型进行了对比计算，有限差分解和有限元解能够很好地吻合。     

金属/陶瓷梯度热障涂层热震过程中的显微组织研究

利用扫描电子显微镜和能谱成分分析技术研究了金属／陶瓷梯度热障涂层在热震过程中的显微组织变化及其抗热震性能。结果表明（１）金属显微组织保持完好,陶瓷显微组织有明显的破坏;（２）涂层抗热震性能与其热应力 功能密切相关,梯度热障涂层比阶梯热除涂层具有更高的抗热震性能;     

陶瓷／金属梯度隔热涂层的一维非稳态传热分析

利用基于热边界层概念的积分法推导了陶瓷／金属梯度隔热涂层一维非稳态传热的近似解析解，并对此进行了分析讨论。所得到的解析解可以用于验证陶瓷／金属梯度隔热涂层的非稳态传热的数值解。     

陶瓷／金属热障涂层组合筒的热弹性极限分析

对热障涂层组合筒进行了热弹性极限分析,导出了热弹性应力分的计算式,在给定隔热效果和基体内层开始进入塑性状态的条件下,就ＺｒＯ２／ＴＩ－６Ａｌ－４Ｖ陶瓷热障涂层给出了计算结果,得到了弹性极限温差,并就热障涂层材料设计时参数的优化进行了分析。     

梯度热障涂层中粘结金属显微组织特征研究

利用电子显微分析技术研究了金属／陶瓷样度热障涂层中粘结金属的微观组织特征。试验表明,粘结金属呈层状或颗粒状,有明显的塑性变形,其变形方式主要是位错运动、形变孪晶和生长孪晶;沾结金属中元素分布不均匀。     

陶瓷热障涂层多层组合板的热弹性极限分析

导出了含功能梯度层在内的四层组合板,在梯度层物性参数连续变化情况下的温度分布及热弹性应力分布,在此基础上,确定了板初始屈服的位置及初始屈服时的极限温差,为板的热弹塑性应力分析和极限分析、优化设计提供了理论基础。     

等离子喷涂陶瓷涂层性能的研究

金属基底上喷涂陶瓷涂层使表面具有耐磨、耐磨蚀、耐高温等特点,用运等离子涂技术在４５号钢表面喷涂Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３－３％、ＴｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２－８％Ｙ２Ｏ３等四种陶瓷涂层,部分采用Ｎｉ包Ａｌ为打底层,检测陶瓷涂层的硬度,耐磨性及结合力等力学性能,并进行相和扫描电镜观察,四种陶瓷涂层的表面硬度达到７０－９０ＨＲ１５Ｎ;有打底层的陶瓷涂层的硬度稍大于无底层的涂层硬度;Ａｌ２Ｏ３－３％ＴｉＯ２     

陶瓷/金属梯度层的热应力分析及缓和特性设计

分别以陶瓷／金属复合平板和圆筒为研究对象,导出了功能梯度材料组份连接变化下的温度及热应力分布,并将ＺｒＯ２／ＮｉＣｒＡｌ复合板热应力分布的解析解与有限元结果进行了比较,对复合圆筒进行了组份分布的热应力缓和特性设计,分析结果表明,用连续模型计算,可进一步减缓功能梯度材料层间的应力突变和残余应力,便于结构的优化设计。     

热障涂层应力场的微拉曼光谱技术测试研究

采用等离子体喷涂工艺制备了热障涂层实验样品,在不同高温下进行热循环氧化实验。再应用微拉曼光谱法测量了热障涂层样品内残余应力场大小,并分析了试样尺寸、热处理温度和陶瓷涂层厚度对残余应力的影响。经历20次热循环氧化实验后,测得陶瓷涂层内残余应力由初始压缩应力值(-30~-20 MPa)逐渐变化到(-15~15 MPa),与文献[3~7]结果比较一致。最后,用扫描电镜观察了试样截面形貌的变化。     

隔热梯度涂层厚度对涂层性能影响的探讨

ＺｒＯ隔热梯度涂层的结合强度和抗震性试验表明，涂层厚度对涂层性能有重要影响，随着涂层厚度的增加，涂层结合强度及抗热震性下降。     

陶瓷涂层设计系统的可视化技术

根据陶瓷涂层设计系统的可视化需求，着重研究了用C^ Builder,Fortran,OpenGL进行混合编程来实现陶瓷涂层设计系统可视化的关键技术，利用这些技术设计出的设计系统具有良好的人机交互界面，并实现了涂层设计和计算结果的可视化。     

陶瓷涂层穿透孔隙率的电化学测量

本文介绍用电化学原理来定量测量等离子喷涂陶瓷涂层穿透孔隙率的简便易行方法，并利用这种方法测试分析了在不同喷涂参数下孔隙率的变化规律。     

激光熔敷耐磨梯度复合涂层的研究

利用激光熔敷方法在Ａ３钢表面制备ＷＣ梯度涂层,并分析了涂层的微观结构、硬度及耐磨性。结果表明,涂层的组织为镍基固溶体加少量硼化物、碳化物及硬质相ＷＣ,其中ＷＣ颗粒的粒度及含量沿母材向表面方向呈梯度变化。涂层的硬度和耐磨性随着成分的变化而平缓变化,界面应力降低,涂层与基体结合牢固。     

等离子喷涂陶瓷涂层性能的研究

金属基底上喷涂陶瓷涂层使表面具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等特点.运用等离子喷涂技术在45号钢表面喷涂Al2O3、Al2O3-TiO23%、TiO2、ZrO2-Y2O38%等四种陶瓷涂层,部分采用Ni包Al为打底层.检测陶瓷涂层的硬度、耐磨性及结合力等力学性能,并进行金相和扫描电镜观察.四种陶瓷涂层的表面硬度达到70-3%90HR15N;有打底层的陶瓷涂层的硬度稍大于无底层的涂层硬度;Al2O3-TiO2陶瓷涂层的硬度较大,Al2O3涂层的耐磨性最好;而TiO2涂层的结合强度较高.同种涂层有打底层的情况下结合力较大.对截面样品,金相显微镜和扫描电镜均观察到明显的涂层及打底层形貌,并与以上测试结果相吻合.     

激光熔敷耐磨梯度复合涂层的研究

利用激光熔敷方法在A3钢表面制备WC梯度涂层,并分析了涂层的微观结构、硬度及耐磨性.结果表明,涂层的组织为镍基固溶体加少量硼化物、碳化物及硬质相WC,其中WC颗粒的粒度及含量沿母材向表面方向呈梯度变化.涂层的硬度和耐磨性随着成分的变化而平缓变化,界面应力降低,涂层与基体结合牢固.     

陶瓷/金属功能梯度多层组合板的热弹性极限分析

对陶瓷／金属功能梯度多层组合板进行了稳态热传导分析及热弹性极限分析，导出了稳态温度分布场，极限状态热弹性应力分布的计算式，并在弹性极限状态下，得到了弹性极限温度．文中的结果是以ZrO2／Ti-6Al-4V陶瓷热障涂层为对象得到的，其模型和方法同样适用于各类金属陶瓷梯度涂层材料．     

基于遗传算法的功能梯度材料的优化设计

针对功能梯度复合材料的陶瓷隔热涂层问题,建立了遗传算法模型,用有限元法计算热应力,得到了满足约束条件的解,为寻找功能梯度材料的陶瓷涂层在空间的最优分布设计提供了一个有效方法。     

功能梯度材料在道岔中应用的可能性

分析了道岔材料的破损及应力分布情况,在此基础上提出了道岔功能梯度结构模型,依据道岔功能梯度结构模型,通过对合金钢进行温热加压处理,制造了符合结构模型的功能梯度材料、性能梯度变化的特征使得功能梯度材料能够有效地解决道岔中强度与冲击韧性之间的矛盾。