Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát hiện nứt trong lớp phủ quasicrystalline Al59.2Cu25.5Fe12.3B3 phun bằng phương pháp oxy-nhiên liệu tốc độ cao sử dụng cảm biến áp điện chủ động
Tóm tắt
Các tinh thể quasicrystal đã thu hút sự chú ý trong những năm gần đây về tiềm năng ứng dụng của chúng như là những vật liệu có độ ma sát thấp và chịu mài mòn tốt. Khi các lớp phủ quasicrystalline (QC) chịu tác động của các mức tải trọng bên ngoài khác nhau hoặc phải chịu ứng suất nhiệt, sự hình thành và lan truyền nứt trở thành những yếu tố giới hạn tuổi thọ. Trong nghiên cứu này, các lớp phủ Al59.2Cu25.5Fe12.3B3 QC đã được lắng đọng lên nền thép AISI-A36 bằng kỹ thuật oxy-nhiên liệu tốc độ cao (HVOF). Các lớp phủ được lắng đọng với các tỷ lệ oxy so với nhiên liệu khác nhau. Để đánh giá tính toàn vẹn của các lớp phủ, kỹ thuật kích thích piezoceramic chủ động đã được áp dụng để phát hiện sự lan truyền của các vết nứt trong các thử nghiệm uốn ba điểm. Tín hiệu từ bộ chuyển đổi piezoelectric được xử lý bằng phân tích biến đổi wavelet. Kết quả cho thấy rằng các mẫu có lớp phủ thể hiện mật độ nứt khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ oxy so với nhiên liệu. Mật độ nứt được tìm thấy cao hơn đối với các lớp phủ được hình thành bằng ngọn lửa hơi oxi hóa nhẹ. Sự mở rộng của các vết nứt đã tồn tại trong lớp phủ là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm tín hiệu trong quá trình kích thích piezoelectric. Lớp phủ quasicr crystalline AlCuFeB phun bằng HVOF, với độ dày từ 150 đến 180 μm, có thể chịu được ứng suất uốn lên tới 340 MPa. Theo những gì chúng tôi biết, nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên cung cấp đánh giá định lượng về khả năng ứng dụng của lớp phủ QC trong các ứng dụng cơ học mặc dù có tính giòn bẩm sinh của chúng.
Từ khóa
#quasicrystal #lớp phủ #phát hiện nứt #cảm biến áp điện #oxy-nhiên liệu tốc độ cao #độ bền cơ họcTài liệu tham khảo
Y. Fu, T. Peng, D. Yang, C. Sun, Y. Chen, and Y. Gao, HVOF Sprayed Al-Cu-Cr Quasicrystalline Coatings from Coarse Feedstock Powders, Surf. Coat. Technol., 2014, 252, p 29–34
B.A. Silva Guedes de Lima, R.M. Gomes, S.J. Guedes de Lima, D. Dragoe, M.-G. Barthes Labrousse, R. Kouitat-Njiwa, and J.-M. Dubois, Self-Lubricating, Low-Friction, Wear-Resistant Al Based Quasicrystalline Coatings, Sci. Technol. Adv. Mater., 2016, 17, p 71–79
U. Köster, W. Liu, H. Liebertz, and M. Michel, Mechanical Properties of Quasicrystalline and Crystalline Phases in Al-Cu-Fe Alloys, J. Non-Cryst. Solids, 1993, 153/154, p 446–452
Z. Xi-ying, L. Pei-yao, and Q. Shi-qiang, Evaluation of Fracture Toughness of Al-Cu-Fe-B Quasicrystal, J. Wuhan Univ. Technol., 2003, 8–4, p 46–49
S. Polishchuk, P. Boulet, A. Mézin, M.-C. de Weerd, S. Weber, J. Ledieu, J.-M. Dubois, and V. Fournée, Residual Stress in As-Deposited Al-Cu-Fe-B Quasicrystalline Thin Films, J. Mater. Res., 2012, 27–5, p 837–844
M. Shibata, S. Kuroda, H. Murakami, M. Ode, M. Watanabe, and Y. Sakamoto, Comparison of Microstructure and Oxidation Behavior of CoNiCrAlY Bond Coatings Prepared by Different Thermal Spray Processes, Mater. Trans., 2006, 47(7), p 1638–1642
J.M. Miguel, J.M. Guilemany, B.G. Mellor, and Y.M. Xu, Acoustic Emission Study on WC/Co Thermal Sprayed Coatings, Mater. Sci. Eng. A, 2003, 352, p 55–63
F. Aymerich and W.J. Staszewski, Impact Damage Detection in Composite Laminates Using Nonlinear Acoustics, Compos. A Appl. Sci., 2010, 41, p 1084–1092
Q. Feng, Q. Kong, J. Jiang, Y. Liang, and G. Song, Detection of Interfacial Debonding in a Rubber–Steel-Layered Structure Using Active Sensing Enabled by Embedded Piezoceramic Transducers, Sensors, 2017, 17, p 1–11
J. Zhu, Y. Zhang, and X. Liu, Simulation of Multi-cracks in Solids Using Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy with a Time-Reversal Process, Wave Motion, 2014, 51, p 146–156
Z. Parsons and W.J. Staszewski, Nonlinear Acoustics with Low-Profile Piezoceramic Excitation for Crack Detection in Metallic Structures, Smart Mater. Struct., 2006, 15, p 1110–1118
N.H. Faisal and R. Ahmed, Acoustic Emission Analysis of Vickers Indentation Fracture of Cermet and Ceramic Coatings, Meas. Sci. Technol., 2011, 22, p 125704
S. Bouaricha, J.-G. Legoux, and P. Marcoux, Bending Behavior of HVOF Produced WC-17Co Coating: Investigated by Acoustic Emission, J. Therm. Spray Technol., 2004, 13–3, p 405–414
J.M. Dubois and E. Belin-Ferré, Friction and Solid-Solid Adhesion on Complex Metallic Alloys, Sci. Technol. Adv. Mater., 2014, 15, p 034804
J.M. Dubois, Properties and Applications of Quasicrystals and Complex Metallic Alloys, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, p 6760–6777
J.M. Dubois, Useful Quasicrystals, World Scientific, Singapore, 2005
Y.J. Yan and L.H. Yam, Online Detection of Crack Damage in Composite Plates Using Embedded Piezoelectric Actuators/Sensors and Wavelet Analysis, Compos. Struct., 2002, 58, p 29–38
M. Fotouhi, H. Heidary, M. Ahmadi, and F. Pashmforoush, Characterization of Composite Materials Damage Under Quasi-Static Three-Point Bending Test Using Wavelet and Fuzzy C-Means Clustering, J. Compos. Mater., 2012, 46(15), p 1795–1808
F.R.P. Feitosa, R.M. Gomes, M.M.R. Silva, S.J.G. De Lima, and J.-M. Dubois, Effect of Oxygen/Fuel Ratio on the Microstructure and Properties of HVOF-Sprayed Al59Cu25.5Fe12.5B3 Quasicrystalline Coatings, Surf. Coat. Technol., 2018, 353, p 171–178
W. Rusch, Comparison of Operating Characteristics of Gas and Liquid Fuel HVOF Torches, in Proceedings of the International Thermal Spray Conference 2007 (ITSC 2007), Beijing, China, May 14-16 (ASM International, 2007), pp. 572–576.
K. Larsson, A. Silverbris, Crack Detection Using Non-linear Wave Modulation Spectroscopy. Master’s Degree Thesis, Department of Mechanical Engineering, Blekinge Institute of Technology, Karlskrona, Sweden (2003). ISRN: BTH-IMA-EX-2003/D-09-SE.
L. Zhao, M. Maurer, F. Fischer, R. Dicks, and E. Lugscheider, Influence of Spray Parameters on the Particle In-Flight Properties and the Properties of HVOF Coating of WC-CoCr, Wear, 2004, 257, p 41–46
J. Saaedi, T.W. Coyle, H. Arabi, S. Mirdamadi, and J. Mostaghimi, Effects of HVOF Process Parameters on the Properties of Ni-Cr Coatings, J. Therm. Spray Technol., 2010, 19–3, p 521–530
J. Stokes and L. Looney, Residual Stress in HVOF Thermally Sprayed Thick Deposits, Surf. Coat. Technol., 2004, 177–178, p 18–23
M. Gui, R. Eybel, B. Asselin, S. Radhakrishnan, and J. Cerps, Influence of Processing Parameters on Residual Stress of High Velocity Oxy-Fuel Thermally Sprayed WC-Co-Cr Coating, J. Mater. Eng. Perform., 2012, 21–10, p 2090–2098
U. Selvadurai, P. Hollingsworth, I. Baumann, B. Hussong, W. Tillmann, S. Rausch, and D. Biermann, Influence of the Handling Parameters on Residual Stresses of HVOF-Sprayed WC-12Co Coatings, Surf. Coat. Technol., 2015, 268, p 30–35
S. Nourouzi, M. Jalali Azizpour, and H.R. Salimijazi, Parametric Study of Residual Stresses in HVOF Thermally Sprayed WC–12Co Coatings, Mater. Manuf. Process., 2014, 29, p 1117–1125
A. Rabiei, D.R. Mumm, J.W. Hutchinson, R. Schweinfest, M. Rühle, and A.G. Evans, Microstructure, Deformation and Cracking Characteristics of Thermal Spray Ferrous Coatings, Mater. Sci. Eng. A, 1999, 269, p 152–165
E. Huttunen-Saarivirta, E. Turunen, and M. Kallio, Microstructural Characterization of Thermally Sprayed Quasicrystalline Al-Co-Fe-Cr Coatings, J. Alloys Compd., 2003, 354, p 269–280