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《武汉理工大学》 2003年
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陶瓷/金属梯度耐磨涂层的实验研究及喷涂过程仿真

覃峰  
【摘要】: 渣浆泵广泛应用于矿山、煤炭、水利和电力等部门。它的工作条件极为恶劣,往往在高扬程、大流量的工况下输送含有小颗粒或碎块的混合浆液,磨损情况十分严重。为了提高泵的耐磨性能,人们将耐磨材料应用于叶轮、蜗壳等过流部件上,或采用特殊的工艺方法对易磨损部位进行处理;这些措施已经取得了一定的效果。但是,所用材料大多价格高昂,工艺复杂,增加了渣浆泵的制造、使用成本;部分材料韧性不足,耐冲击性能较差,不能适应多变的工况;而且耐磨性能也依然不尽人意。因此,选用新材料,采用新工艺,成为解决此问题的重要研究方向。 工程陶瓷具有良好的耐磨性能,但缺乏韧性是陶瓷的致命弱点。为此,将陶瓷与金属结合起来,在渣浆泵过流部件表面制备陶瓷/金属梯度耐磨涂层,能够以合理的成本达到显著改善渣浆泵耐磨性能的目的。 本文首先对上一期工作中制备的陶瓷/金属耐磨涂层试样的性能进行了测试,以检验上一期的实验结果。然后,在前面已有工作的基础上,通过优选陶瓷、金属材料和各组分的比例,重新设计了四种陶瓷/金属耐磨涂层方案(两种为梯度涂层,另外两种没有梯度结构)并采用大气等离子喷涂(APS)工艺在铸铁试样制备了涂层,接着对涂层试样进行微观结构的观察、显微硬度的测试、拉伸强度和耐磨性能的测试,以比较各种方案的优劣。通过一系列实验,证明了所设计的梯度涂层的优越性能;尤其是以NiCrBSi为粘结金属、WC为陶瓷组分的涂层,其拉伸强度和耐磨性能已达到或超过设计要求。根据磨损实验的结果,结合对磨损表面微观结构的观察,提出了耐磨涂层在渣浆中的磨损机理和涂层耐磨性能的变化规律。同时,针对以往采用的相对耐磨性修正方法的缺陷,提出了“实验修正法”并付诸实验,取得了比较理想的修正效果。在制备涂层试样的同时,通过优选涂层方案,在渣浆泵前、后护板上制备了陶瓷/金属梯度耐磨涂层,并送至武钢矿业公司金山店铁矿装机进行测试。 采用ANSYS软件对喷涂过程进行仿真是本文的另一项重要工作。与以往通常采用的稳态计算不同,本文工作借助“死活单元法”,采用瞬态方法动 武汉理工大学硕士学位论文 态地模拟喷涂过程,获得了合理的温度场计算结果。对于喷涂过程中产生的 应力场,本文亦借助“死活单元法”进行了尝试,同时提出用“塑性变形法” 来解决比较棘手的相变问题;由于瞬态应力场的计算占用资源极大,本文目 前可用的硬件设备无法承担,故没有完整地模拟出涂层的瞬态应力场,但两 种计算方法在理论上都是可行的。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG174.45

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