Badania naprężeń własnych w powłokach metalowych natryskiwanych na podłoże ceramiki Al2O3

Dariusz Golański, Małgorzata Kujawińska, Tomasz Chmielewski, Grzegorz Dymny, Jolanta Zimmerman

Abstrakt


W pracy przedstawiono wyniki badań i analizy naprężeń własnych w powłokach tytanowych i miedzianych nanoszonych na podłoże ceramiki Al2O3 metodą natryskiwania naddźwiękowego HVOF. Naprężenia wyznaczano w sposób eksperymentalny, analityczny oraz numeryczny z wykorzystaniem takich narzędzi jak metoda rentgenowska (X-ray), pomiary krzywizny wygięcia, metoda interferometrii siatkowej oraz numeryczne modelowanie (MES). Dokonano porównania naprężeń w natryskiwanych powłokach Ti i Cu. Wszystkie metody wykazały występowanie naprężeń rozciągających w powłoce o wartościach zróżnicowanych zależnych od metody badań. 

Determination of residual stresses in metal coatings thermally sprayed on Al2O3 substrate 

Abstract

The paper presents the results of research and analysis of residual stresses in titanium and copper coatings deposited onto Al2O3 substrate using HVOF thermal spraying method. Residual stresses were determined in an experimental way, analytical and numerical using X-ray method, sample curvature measurement, grating interferometry method and numerical modeling (FEM). A comparison of the stresses obtained in the Ti and Cu sprayed coatings has been performed. All the methods showed the presence of tensile stresses in the coating of different magnitude depending on the applied method. 




Słowa kluczowe


naprężenia własne; natryskiwanie termiczne; metody pomiaru; Residual stresses; thermal spraying; measurement methods

Pełny tekst:

PDF

Bibliografia


L. Pawlowski: The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings. John Wiley & Sons, Ltd, 2008.

W. Wlosinski: The joining of advanced materials, The Publishing House of Warsaw University of Technology, 1999.

B.H. Rabin, , R.L. Williamson and S. Suresh, Fundamentals of residual stresses in joints between dissimilar materials. MRS Bulletin, Jan. 1995, 37–39.

P.Araujo, D.Chicot, M.Staia, J.Lesage: Residual stresses and adhesion of thermal spray coatings. Surface Engineering, vol.21 (2005), No.1, s. 35–40.

B. Kampfe: Investigation of residual stresses in microsystems using X-ray diffraction. Materials Science and Engineering A288 (2000) pp. 119–125.

L. Salbut, M. Kujawinska, M. Jozwik, D. Golanski: Investigation of ceramic-to-metal joint properties by hybrid moire interferometry/FEM analysis. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, volume 3745 (1999), pp. 298-306.

L. Salbut, M. Kujawinska, J. Bulhak, D. Golanski, A. Krajewski, Ceramic- to-metal joints testing by automated grating interferometry, Experimental Mechanics, Allison (ed), Balkema, Rotterdam, 633-638, 1998.

M. Kujawinska, Automated in-plane moiré techniques and grating interferometry in Optical methods in experimental solid mechanics, K-H. Laermann (ed), Springer Wien New York (2000), 123-196.

J. Yi, X. Bin-shi, W. Hai-dou, L. Ming, L. Yao-hui, Determination of residual stresses within plasma spray coating using Moiré interferometry method. Applied Surface Science, 257(2011), pp. 2332–2336.

D. Post, B. Han, P. Ifju, High Sensitivity Moiré, Springer-Verlag, 1994.

G.G. Stoney,: The tension of metallic films deposited by electrolysis. Proceedings of the Royal Society (London) (1909) A82, pp.172-175.

T.W. Clyne, S.C. Gill: Residual Stresses in Surface Coatings and Their Effects on Interfacial Debonding: A Review of Recent Work. J. Thermal Spray Technology, (1996), Vol. 5(4), pp. 401-418.

J. Zimmerman, D. Golański, T. Chmielewski, W. Włosiński: Model obliczeniowy analizy naprężeń własnych w układzie powłoka-podłoże podczas nanoszenia powłok metodami termicznymi. Przegląd Spawalnictwa Nr 1/2013, s.12-16.

D. Golański, T.Chmielewski, G. Gontarz, J. Zimmerman, W. Włosiński: Badania naprężeń własnych w powłokach natryskiwanych metodą HVOF. Przegląd Spawalnictwa, Nr 11/2013, s.30-35.

J. Zimmerman, Z. Lindemann, D. Golanski, T. Chmielewski, W. Wlosinski: Modeling residual stresses generated in Ti coatings thermally sprayed on Al2O3 substrates. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, vol. 61, Issue 2, (2013) pp. 515-525.




DOI: http://dx.doi.org/10.26628/wtr.v87i9.455

Refbacks

  • There are currently no refbacks.