等离子喷涂高温涂层残余应力模拟比较研究

本文运用有限元方法对等离子喷涂高温涂层(包括W涂层、Zr C涂层和Zr O2涂层)沉积过程中涂层内部残余应力进行了数值模拟计算,着重对涂层表面及涂层与钛合金基体界面处径向应力进行分析,讨论了这三种高熔点材料及不同的涂层厚度(0.2mm,0.5mm,0.8mm和1.0mm)对残余应力状态及分布的影响。结果表明,涂层表面处,Zr C涂层径向应力值最大;涂层与基体界面处,随着涂层厚度的增加,W涂层径向应力值逐渐超过Zr C涂层;Zr O2涂层在其表面及涂层与基体界面处的径向应力值在三种材料中均为最小。涂层内部径向应力分布均匀,在试样边缘处,W涂层和Zr C涂层应力集中和突变现象较为显著,而边缘效应对Zr O2涂层影响较小。     

ZnO陶瓷/金属Cu钎焊接头残余应力计算

采用热弹塑性有限元分析方法,计算了方形ZnO陶瓷与金属Cu钎焊接头中残余应力的大小和分布。发现结果如下:ZnO陶瓷与金属Cu钎焊后会在接头中产生残余应力,其中ZnO陶瓷侧垂直于钎焊界面方向的轴向拉应力是影响ZnO/Cu接头性能的主要因素,轴向拉应力的最大值出现在ZnO陶瓷表面边缘靠近钎焊界面处,当钎料层厚度为0.3 mm时,拉应力在ZnO陶瓷表面边缘距ZnO/钎料层界面0.6 mm处有最大值69.75 MPa。通过钎料层不同厚度的比较计算得出,合适的钎料层厚度能降低ZnO/Cu接头的残余应力,钎料层厚度为0.1 mm时,ZnO陶瓷侧拉应力峰值最小,为30.82 MPa。此外,采用单一缺陷模型计算了钎料层中气孔缺陷的存在对ZnO陶瓷与金属Cu钎焊接头残余应力的影响。计算结果显示,气孔缺陷位于ZnO/钎料层界面时残余拉应力峰值为95.5 MPa,气孔缺陷位于Cu/钎料层界面时残余拉应力峰值为107.2 MPa,拉应力峰值相对无缺陷模型均有大幅升高。     

硬质合金金刚石涂层的残余应力分析

采用有限元方法分析硬质合金金刚石涂层的热残余应力,采用轴对称二维几何模型和自由边界条件,考虑了涂层厚度及不同基体对应力场的影响。分析表明,在多晶金刚石涂层中存在压应力,在基体中出现了拉应力,这种应力结构分布对材料性能的影响是有利的。在明锐界面出现了大的剪切应力(415MPa),应力奇异场出现在明锐界面靠近自由边界处。涂层压应力随基体中钴含量的增加而增加,随涂层厚度的增加而减小。因此可以借助这两个因素来适当控制和调节材料中的应力场以得到性能优良的产品。     

涂层结构对AlSi/PHB封严涂层热应力影响的有限元分析

可磨耗封严涂层是提升航空发动机气密性和运行效能的一种重要途径,而涂层结构对其热应力及使用寿命具有重要影响。本研究以AlSi/PHB封严涂层为研究对象,利用ABAQUS有限元仿真软件和Python编程语言建立了具有不同结构参数的涂层有限元模型,系统研究了面层厚度、聚苯酯颗粒及孔隙结构特性对热震工况下涂层热应力的影响规律。结果表明：当面层厚度为0.1 mm～1.9 mm时,面层厚度对涂层-基体界面应力的影响小于其对涂层侧面应力的影响,且当面层厚度超过0.3 mm左右时,涂层中出现最大拉应力的部位由涂层-基体界面转变为涂层侧面;当聚苯酯颗粒含量为30 vol.%～50 vol.%时,随着聚苯酯含量的增加,涂层-基体界面和涂层侧面的峰值应力均波动不明显;当面层孔隙率为5 vol.%～15 vol.%时,涂层-基体界面峰值应力随孔隙率的增大呈现先降低后增大的趋势;当孔隙直径为60μm～110μm时,涂层内部峰值拉应力随孔隙直径的增大而增大。综合考虑涂层结构与热应力的关系,AlSi/PHB封严涂层的结构参数优选为：面层厚度为0.3 mm～1.1 mm之间,聚苯酯颗粒含量为40 vol.%～50 v...     

金刚石复合片(PDC)表面残余应力的XRD研究

采用X射线应力测定仪测试了金刚石复合片(PDC)表面从中心到边缘5个不同位置的残余应力,结果表明:金刚石层表面残余应力的性质为压应力,最大值在PDC表面中心(达1270MPa);从中心到边缘,应力的大小逐渐降低,靠近边缘处的压应力只有143MPa。为检验测试结果的准确性,对所测规格的PDC作了有限元分析,测试结果与通过有限元分析计算出的应力分布趋势基本吻合。对测试值与有限元分析计算值出现偏差的原因进行了分析并讨论了PDC径向应力分布对PDC性能的影响及改进措施。     

铝热-离心法制备不锈钢内衬复合钢管残余应力有限元分析

用有限元方法计算了铝热离心法制备不锈钢内衬复合钢管过程中的残余热应力分布。分析了钢管壁厚、复合钢管半径及冷却条件对残余热应力分布的影响。结果表明,缓慢冷却到室温后,不锈钢层中有很大的周向残余拉应力,已超过不锈钢的抗拉强度。钢管壁厚及复合钢管半径对残余周向热应力分布的影响不明显。复合钢管半径地径向残余热应力的影响较明显,复合钢管半径越大,径向残余压力越小。复合钢管制备时,在高温状态下直接在复合钢管外表面喷水能在不锈钢层表面造成压应力状态,有利于防止裂纹生成。     

低压等离子喷涂耐高温涂层残余应力检测及分析

采用低压等离子工艺制备耐高温可磨耗涂层,通过光学显微镜观察了耐高温涂层的显微结构,采用逐层法与曲率法相结合的检测技术,对不同厚度涂层残余应力进行检测,形成了涂层厚度与残余应力分布及趋势图,运用热处理技术控制和消除涂层内部残余的涂层应力。结果表明,低压等离子喷涂的耐高温涂层表面残余应力随着涂层厚度的增加而增大,当涂层厚度达到0.6mm左右极限时,涂层会发生自然开裂,采用热处理的工艺方法可以减少涂层内的热应力导致的涂层残余应力。     

纳米及传统微米级热障涂层热循环过程中的组织演变研究

本文以超音速等离子喷涂方法沉积NiCoCrAlY金属粘结层,以普通大气等离子喷涂沉积纳米及微米级YSZ两种陶瓷表层,并对涂层进行热循环实验,对比研究不同结构热障涂层在热循环条件下的组织演变规律。结果表明：由于纳米团聚粉体的不充分熔化导致纳米涂层中存在较多的微裂纹和孔隙,微米、及纳米涂层的孔隙率分别为10%及15%,载荷300g下的显微硬度分别为776.1及606.9。两种结构的热障涂层在热循环过程中均出现了网状裂纹,但随着热循环次数的增加,这些微裂纹不断连接扩展,裂纹宽度不断增加,并且与纳米涂层相比,微米涂层裂纹的扩展和拓宽速度相对较快。纳米涂层由于孔隙率较高,热生长氧化物（TGO）生长速度较快,TGO的快速生长导致陶瓷层/金属粘接层界面的应力增大,使得横向裂纹（平行于陶瓷层/金属粘接层界面）萌生及扩展并引起涂层的剥落失效。     

复合板中垂直于界面裂纹的尖端场及扩展行为

用有限元分析方法对平面应力、平面应变状态下2 1/4Cr-1Mo-18Cr8Ni复合板不同复合层中垂直于界面裂纹尖端应力应变场进行了计算和分析。同时作了从不同材料侧面开始的疲劳裂纹扩展试验。结果表明,在界面处满足变形相容的条件下,应力场分布在界面处有间断。由于裂纹应力场的间断和由此产生的HRR奇异性发生变化,界面对疲劳裂纹扩展速率有明显影响。这种影响受界面处△σ_(YY)、的控制。应力增量△σ_(YY)、反映了界面两侧材料性质的差异,与裂纹尖端塑性区相关连。     

细观界面形貌与宏观构型对热障涂层界面应力的交互影响研究

热障涂层中陶瓷层界面处的应力应变场对其破坏起到至关重要的作用,但之前的研究并未考虑热障涂层宏观构型与细观界面的交互影响。本文建立了在轴向和周向具有不同波长的 3D 涂层界面有限元模型,分析了轴向波长和周向波长对涂层界面应力的影响规律,获得了轴向波长和周向波长对涂层界面应力综合影响的关系式。研究结果表明,减小轴向波长会增大涂层界面破坏的风险,增大周向波长能够同时减小周向和轴向的最大应力,有利于降低涂层界面破坏的风险;轴向波长为 0.051 mm,周向波长为 0.030 mm 时,周向最大应力最小,为 243.1MPa;周向波长和轴向波长均大于 0.03 mm 时,周向与轴向应力差值小于 40 MPa,界面应力分布的均匀性较好。本文研究为涂层制备时的界面优化设计提供了理论基础。     

CaO-SiO_2-Na_2O-CaF_2-Al_2O_3-MgO保护渣系的Al_2O_3吸收速率和粘度

采用CaO -SiO2 -Na2 O -CaF2 -Al2 O3-MgO渣系 ,通过测定熔渣的粘度和Al2 O3吸收速率 ,研究连铸保护渣的Al2 O3吸收速率与粘度及化学成分之间的关系。在一定条件下 ,当CaO SiO2 为1 .2左右时 ,粘度达到最小值 ,Al2 O3吸收速率达到最大值 ,分别为 0 .1 0Pa·s、8.4 0 3× 1 0 - 4 kg·m- 2 ·s- 1 。随着渣中Na2 CO3含量、CaF2 含量和MgO含量的增加 ,粘度减小 ,Al2 O3吸收速率增大。随着渣中Al2 O3含量的增加 ,粘度增大 ,Al2 O3吸收速率减小。粘度为Al2 O3吸收速率的主要控制因素。随着熔渣粘度的增加 ,连铸保护渣的Al2 O3吸收速率逐渐减小。     

Thermodynamic study of BaCuO2 and BaCu2O2

The Gibbs energy changes for the syntheses of the interceramic compounds of BaCuO₂ and BaCu₂O₂ were investigated as a basic study in the Y-Ba-Cu-O system that includes a superconductor, YBa₂Cu₃O_6.5+x . For the compound BaCuO₂, thermogravimetry with CO₂-O₂-N₂ gas mixtures was employed, and equilibrium temperatures were determined at which CO₂ partial pressures in the gas mixtures were equilibrated with mixed powder of BaCuO₂, CuO, and BaCO₃. The Gibbs energy change for the reaction of BaCO₃ + CuO = BaCuO₂ + CO₂ was determined from the relation between CO₂ partial pressure and equilibrium temperature, taking into consideration the effect of CO₂ dissolution in BaCuO₂. For the study on BaCu₂O₂, electromotive force (emf) measurement using yttria-stabilized zirconia solid electrolyte was conducted. A technique using two cells was applied to the emf measurement for minimizing the effect of dispersion of oxygen from samples, and the Gibbs energy change for the reaction of BaCuO₂ + CuO = BaCu₂O₂ + 1/2O₂ was decided from the measured O₂ partial pressure.     

Biological activity and phosphorylation of 2'-azido-2'-deoxyuridine and 2'-azido-2'-deoxycytidine

2'-Azido-2'-deoxyuridine and 2'-azido-2'-deoxycytidine were evaluated for their inhibitory activity against ribonucleotide reductase and for subsequent cell growth inhibition. Their mono- and di-phosphates were synthesized and their inhibitory activities against the reductase were also determined in a permeabilized cell system, along with the two nucleosides. The results of the present study identify the first phosphorylation step involved in the conversion of the two azidonucleosides to the corresponding diphosphates to be rate-limiting in the overall activation.     

Raman spectroscopy of the structures of Li2O-SiO2 and Li2O-GeO2 melts

An analysis of the Li₂O-SiO₂ and Li₂O-GeO₂ systems in the temperature range from 298 to 1373 K has been performed by Raman spectroscopy. A comparison of the spectroscopic data for the crystalline phases, glasses, and melts allowed us to determine the main anion groups existing in these systems and to establish the structural changes induced by changes in the temperature and composition.