本文针对激光涂层在多冲载荷下的疲劳与失效进行分析,并对其性能预测模型进行研究。 本文选择的激光熔覆涂层材料为:钴基自熔合金、镍基自熔合金和铁基自熔合金三种;选择的基体材料为:Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢、45钢、40Cr钢三种。在HGL—90型5kw横流CO₂激光器上进行熔覆加工,并在自制的多冲碰撞疲劳试验机上进行多次冲击疲劳试验。采用正交方法安排试验序列,对每一正交序列采用成组试验法。对经上述试验的涂层试件进行宏观分折和显微分析,发现涂层在多冲载荷下其失效形式呈现多样性。主要有裂纹、凹陷和镦粗、表面蚀坑、崩落等。整个失效经历了早期形变硬化期、稳定工作期和“老化”失效期三个阶段。激光涂层在多冲载荷下的失效具有累积性,属于疲劳范畴。分析涂层失效的原因,发现它与很多因素有关,主要有涂层材料与基体材料的匹配、涂层的厚度以及激光熔覆的工艺等。 在试验的基础上建立了激光涂层零件多冲疲劳可靠性模型。分析得出激光涂层零件在多冲载荷下疲劳寿命服从对数正态分布。在此基础上,进行正交分析并得以下结论:在影响激光涂层多冲疲劳强度的各因素中,涂层材料的影响最大,基体材料次之,涂层厚度再次。在本试验数据范围内,涂层厚度越厚,多冲强度越好。对于涂层材料,Ni基涂层具有较高的疲劳强度。在中等寿命区,多冲疲劳强度与涂层的静压缩强度有关,一般说来,具有较高静压缩强度涂层的试件,其多冲疲劳强度也较高。对于基体材料,塑韧性好的材料其疲劳强度要优于硬脆性材料。基体材料、涂层材料以及涂层厚度各因素之间存在交互作用,这种交互作用随循环次数的增加逐渐减小。拟合P-S-N曲线,建立多冲应力与疲劳寿命以及可靠度之间的关系。这些结果有助于今后在进行激光熔覆加工时的材料选择,以及根据具体的涂层零件的工作环境确定一定可靠度下的疲劳寿命。