陶瓷/金属梯度耐磨涂层的应力分析

【摘要】： 磨损是材料三种主要失效形式之一。众所周知，它所造成的经济损失是十分巨大的。在矿山机械中，磨粒磨损(它包括冲蚀磨损、磨料磨损和微动磨损)是其磨损失效的主要原因。因此研究磨粒磨损的机理，探索造成机器磨损失效的原因，寻求有效而经济的耐磨材料和抗磨技术是一项刻不容缓的任务。 应用新型陶瓷复合粉末或复合丝材料，采用热喷涂技术特别是等离子喷涂技术，在金属基体上制备陶瓷涂层，能把陶瓷材料的特点和金属材料的特点有机地结合起来，获得复合材料结构及制品。这种技术已经成为当代复合材料及制品高科技领域的一个重要分支。 由于陶瓷与金属基体物性的不一致，易在陶瓷涂层内部产生很大的残余热应力；而耐磨复合材料对机械应力的承受能力也是涂层质量好坏的标准之一。本文对以铸铁为基体材料、等离子喷涂陶瓷或碳化物为工作层的耐磨复合材料进行了残余热应力和工作应力的分析。并运用ANSYS软件对残余热应力进行了数值计算和分析。 针对矿山机械的工况，本文对耐磨涂层材料进行了选择。根据性能实验的要求设计了试样的尺寸和试样结构，利用等离子喷涂技术制备了耐磨涂层的试样，其基体材料是普通铸铁，底层是镍铬铝，工作层分别用20％碳化钨加80％镍铬铝和60％氧化铝加40％氧化钛两种粉末喷涂，涂层厚度分0.3mm和0.5mm两种。 渣浆泵被广泛应用于矿山机械中，其摩擦磨损问题日益得到使用部门和厂家的关注。利用等离子喷涂复合材料技术，由陶瓷材料和金属材料复合制备而成的耐磨涂层，应用于渣浆泵的叶轮、蜗壳等过流部件，以提高其耐磨性，是解决渣浆泵磨损问题的一个可行方法，并能推广到其它易磨损的矿山机械上。因此本文针对渣浆泵前护板耐磨涂层进行残余热应力分析，并提出改进方案。运用ANSYS／LS-DYNA计算方法，对渣浆泵前护板耐磨涂层的工作应力进行初步分析。