本文關鍵詞：基于劃痕法TiN涂層摩擦接觸失效機理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,表面涂層技術已成為提高材料抗疲勞和抗磨損性能的重要手段。許多零部件,例如刀具、齒輪和軸承等,通過表面涂層,改善接觸性能。但由于涂層制造過程中不可避免的缺陷以及涂層基體之間彈性參數(shù)不連續(xù)性,在接觸應力作用下涂層結構易產(chǎn)生裂紋,隨著裂紋的擴展,引起涂層的剝落而造成零件的失效。為滿足涂層結構在工程應用中的可靠性要求,需要研究在摩擦接觸條件下涂層結構的失效機理。本文主要完成了以下工作:1利用等離子輔助化學氣相沉積技術制備厚度為10μm的氮化鈦涂層,其基體為高速鋼。利用顯微硬度儀測量得到涂層的硬度約為2000HV~4000HV,利用納米壓痕儀測量得到涂層的彈性模量和斷裂韌度分別為590GPa和3.30MPa·1/2m。劃痕法本質上屬于摩擦接觸問題,可通過掃描電鏡對涂層劃痕表面進行觀察與分析,結果表明在涂層表面產(chǎn)生了平均間距約為5.1μm弧形裂紋,同時測得涂層表面的摩擦系數(shù)約為0.25。2利用有限元軟件對壓頭在涂層表面的滑動過程進行模擬,獲得了壓入階段與滑動階段的應力云圖和涂層中應力的變化曲線,分析了涂層中應力的分布特點;根據(jù)涂層中應力分布規(guī)律,分析了裂紋可能產(chǎn)生的原因以及裂紋可能產(chǎn)生的位置。3根據(jù)擴展有限元理論,應用ABAQUS有限元軟件模擬了球形壓頭在涂層表面的滑動過程中涂層裂紋的產(chǎn)生與擴展。模擬結果表明:壓入階段,涂層界面首先產(chǎn)生裂紋,并沿著厚度向表面擴展;滑動階段,涂層表面與界面出現(xiàn)大量裂紋,亞表面有少量裂紋產(chǎn)生;涂層表面裂紋和界面裂紋主要是最大拉應力引起的Ⅰ型裂紋。通過模擬壓頭在涂層表面的往復滑動,結果表明涂層表面裂紋在應力作用下將向界面擴展,而涂層界面裂紋向表面擴展,最終形成貫穿裂紋,導致涂層的剝落。上述結果為涂層的工程應用以及涂層結構優(yōu)化設計提供了依據(jù)。
【關鍵詞】：涂層應力 裂紋 擴展有限元方法
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4;TH117
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題研究意義8
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 涂層應力分析8-10
• 1.2.2 涂層裂紋分析10-12
• 1.3 課題研究基礎12
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容12-14
• 第2章 涂層失效研究的理論基礎14-27
• 2.1 涂層應力理論計算14-21
• 2.2 裂紋基礎理論21-22
• 2.3 應力強度因子外推法22-25
• 2.3.1 應力外推法23-24
• 2.3.2 位移外推法24-25
• 2.4 擴展有限元法25-26
• 2.5 本章小結26-27
• 第3章 涂層制備及力學參數(shù)測量27-35
• 3.1 涂層的制備27-28
• 3.2 涂層的力學性能參數(shù)測試28-30
• 3.2.1 涂層的泊松比28
• 3.2.2 涂層的彈性模量測量28-30
• 3.2.3 涂層的硬度測量30
• 3.3 涂層劃痕實驗30-33
• 3.4 涂層往復滑動實驗33-34
• 3.5 本章小結34-35
• 第4章 摩擦接觸條件下的涂層的有限元模擬35-60
• 4.1 涂層力學模型與有限元模型35-58
• 4.1.1 2D有限元模型壓入階段應力分析36-40
• 4.1.2 2D有限元模型初次滑動應力分析40-44
• 4.1.3 2D有限元模型往復滑動應力分析44-48
• 4.1.4 3D有限元模型壓入階段應力分析48-52
• 4.1.5 3D有限元模型初次滑動應力分析52-55
• 4.1.6 3D有限元模型往復滑動應力分析55-58
• 4.2 本章小結58-60
• 第5章 摩擦接觸條件下涂層裂紋的產(chǎn)生與擴展60-70
• 5.1 涂層裂紋有限元模型60-69
• 5.1.1 2D涂層壓入階段裂紋分析61-62
• 5.1.2 2D涂層初次滑動裂紋分析62-65
• 5.1.3 2D涂層往復滑動裂紋分析65-67
• 5.1.4 3D涂層壓入階段裂紋分析67-69
• 5.1.5 3D滑動階段裂紋分析69
• 5.2 本章小結69-70
• 總結與展望70-71
• 參考文獻71-75
• 碩士期間發(fā)表的論文與參與項目75-76
• 致謝76

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關鍵詞：基于劃痕法TiN涂層摩擦接觸失效機理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：417201