纳米结构陶瓷涂层的磨削表面残余应力的X衍射测定法

第20卷 第3期 湖南理工学院学报（自然科学版） Vol.20 No.32007年9月 Journal of Hunan Institute of Science and Technology (Natural Sciences) Sep.2007

纳米结构陶瓷涂层的磨削表面

残余应力的X衍射测定法

刘伟香，周忠于12

（1湖南理工学院机电系，湖南 岳阳 414000；2 岳阳市交通局，湖南 岳阳 414000 ）

摘 要：磨削后的纳米结构陶瓷涂层零件表面会出现使零件强度降低的裂纹，而产生这些裂纹的原因就是磨削表面残余应力。这些表面残余应力使不同晶粒的同族晶面面间距随晶面方位及应力的大小发生有规律的变化，从而使X射线衍射谱线发生位偏移，根据位偏移的大小利用σ=K·M就可以计算出残余应力的大小。

关键词：纳米结构陶瓷涂层；磨削；表面残余应力；X射线衍射

中图分类号：O348 文献标识码：A 文章编号：1672-5298(2007)03-0070-03

X ray measuring method for nanostructured ceramic

coatings grinding surface residual stresses

LIU Wei-xiang 1，ZHOU Zhong-yu 2

(1. Department of Mechanical and Electronic Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang, 414000;

2. Yueyang Traffic Bureau，Yueyang 414000 ,China)

Abstract: The crack which reduced the components intensity appeard on the surface of nanostructured ceramic coatings after grinding. it was the grinding surface residual stresses that caused the crack. These surface residual stress caused surface distance changed orderly along with the crystal face position and the stress size for the consanguineous crystal face in different crystal grain, thus caused X beam diffraction spectral line to have a position displacement, the residual stress can be calculated out according to the position displacement and use σ=K·M.

Key words: nanostructured ceramic coatings；grinding；surface residual stresses；X beam diffraction

随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，人们希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。近年来，人们趋向于在金属基体上（如钢）采用高速火焰喷涂(HOVF)或等离子喷涂陶瓷材料来制备纳米结构陶瓷涂层[1,2]。

目前，对纳米结构陶瓷涂层的研究、开发和应用已引起了各国政府和材料科学界的高度重视，美国已在纳米结构涂层材料制备技术及其后续精加工技术的研究上投入了大量的资金。在我国，纳米结构涂层的制备和应用研究已被列为国家“十五”期间材料领域重点研究的方向之一[3,4]。

对纳米结构陶瓷涂层零件来说，磨削和表面抛光是其主要加工方法，而经磨削、表面抛光处理的纳米结构陶瓷涂层表面会出现表面/亚表面宏观裂纹，这些宏观裂纹将显著地改变材料性能，使其强度降低，甚至使零部件产生破坏性失效。而产生这些裂纹的原因就是磨削表面残余应力。陶瓷零件的断裂强度和韧性对表面残余应力状态异常敏感，残余压应力将会提高其断裂韧性，残余拉应力的作用则正好相反。所以测试陶瓷零件表面所含有的残余应力及其性质，对于全面掌握磨削表面性能、合理使用其特性有着重要的意义[5~7]。

收稿日期：2007-4-20

基金项目：湖南省2006年青年骨干教师培养对象资助项目（湘教通[2006]252 号）；湖南省教育厅2006年科研项目（06C374）

作者简介：刘伟香（1969- ），女，湖南娄底人，硕士，副教授，主要研究方向：机械设计制造方向的教学和科研。

第3期 刘伟香，周忠于：纳米结构陶瓷涂层的磨削表面残余应力的X衍射测定法 71 目前，检测纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的方法有很多，总的说来，有机械方法和物理检测法。机械方法属于间接测量法，即通过测量零件的变形而间接测量残余应力，如腐蚀剥层法、挠度法，由于机械法需从试件表面一层层的去除材料，因此限制了它的应用。物理检测法是直接测量法，通过测量由于表面应力导致物理性能的变化而求出残余应力，如X射线衍射法，这种方法不损伤试件表面，测量精度高，使用方便，但测量费用较高。

1 X射线衍射法测试原理

采用X射线衍射法检测残余应力是根据弹性力学及X射线晶体学理论进行的。

对于理想的多晶体，在无应力的状态下，不同方位的同族晶面面间距是相等的，而当受到一定的宏观残余应力σ时，不同晶粒的同族晶面面间距随晶面方位及应力的大小发生有规律的变化，从而使X射线衍射谱线发生位偏移，根据位偏移的大小则可以计算出残余应力的大小。

式(1)是X射线衍射分析计算残余应力σ的基本公式[8,9]：

σ= 2θ Eπcot （1） θ021+ν1800 sin2

令 K=

M=Eπcotθ0 （2） 21+ν1800 2θ

sin2 （3）

则 σ=K M （4）

式中E为弹性模量，ν为泊松比，θ0为所选晶面在无应力情况下的衍射角， 为试样表面法线与所选晶面法线的夹角，2θ 为样品表面法线与衍射晶面法线为 时的衍

射角，K为应力常数（当选定某一特定的晶面簇和入射线波长时，K

为常数，故称为应力常数），M为2

θ 对s …… 此处隐藏：3412字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……