基于模糊綜合評判法的等離子噴涂涂層性能評價

基于模糊綜合評判法的等離子噴涂涂層性能評價

隨著航空航天和民用技術的發(fā)展，熱端材料的使用溫度要求越來越高。傳統(tǒng)的表面重建技術無法滿足日益嚴格的工作環(huán)境要求。1磨損性能測試通過等離子噴涂工藝制備涂層以后,采用激光表面微造型技術制備出不同表面微織構的涂層,由于影響涂層性能的因素及評價指標較多,為研究方便及分析結果不失一般性,本文作者在類比其他研究人員的實驗基礎上,選擇了對性能影響較大的因素,如溫度、表面織構、潤滑劑含量等,分別研究了不同溫度、表面織構、潤滑劑含量下的摩擦磨損性能。其中摩擦磨損參數(shù)選取如下指標:表面金相組織、摩擦因數(shù)、孔隙率。涂層制備采用的基材為GCr15,噴涂粉末為鎳鉻鋁釔(KF-301)、La用激光微造型技術在涂層表面加工出如圖1所示的4種表面微造型(圓形、菱形、平行和斷紋),織構尺寸及分布如表2所示。試驗采用調Q的脈沖Nd:YAG激光器加工系統(tǒng),激光器波長為1064nm,平均功率為10W,脈寬為5~25nm;加工參數(shù)為脈沖頻率10kHz,掃描速度5mm/s。加工完成后在拋光機上拋光處理試樣以去除坑邊緣形成的毛刺。摩擦磨損性能測試在MM-U5G屏顯式材料端面高溫摩擦磨損試驗機上進行。對偶件Gr15尺寸為ue78841mm×8mm,材料經(jīng)淬火處理,硬度為HRC60~62。試驗載荷為4kN,主軸轉速為80r/min,時間為60min,室溫20℃。試驗相關參數(shù)如表3所示。2評價對象的確定模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評價方法。它根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價,即用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。它具有結果清晰、系統(tǒng)性強的特點,能較好地解決模糊的、難以量化的問題,適合各種非確定性問題的解決。評價對象(稱為對象集)是由多種因素組成的模糊集合(稱為因素集),它是反映涂層屬性、性能的指標,這些指標一般具有模糊性,有些具有非模糊性,再設定這些因素所能選取的評審等級,組成評語的模糊集合(稱為評語集),分別求出各單一因素對各個評審等級的歸屬程度(稱為模糊矩陣),然后根據(jù)各個因素在評價目標中的權重分配,通過計算(稱為模糊矩陣合成),求出評價的定量解值。上述過程即為模糊綜合評判2.1確定綜合評價矩陣對于等離子噴涂涂層性能進行模糊綜合評價時,每一種不同實驗條件下的涂層定義為對象集,涂層的評價指標設置為因素集,對每個指標用定性評語(模糊語言)描述并量化,成為評語集。之后兩兩對比分析確定各個評價指標的權重,建立涂層性能模糊評價矩陣,獲取各個涂層的綜合評判值,最后得到的數(shù)值較大的涂層表示其具有相對較優(yōu)異的綜合性能。首先確定對象集X為不同試驗條件的12種涂層,分別對應于表3中樣本序列1~12。由此得到研究的對象集X={x2.2涂層的模糊實驗根據(jù)這12種涂層的金相組織掃描結果,以及涂層在摩擦磨損試驗機上測得的數(shù)據(jù)(見表5)按照等離子噴涂涂層的評價指標集Y和評價標準,對各個涂層的評價指標進行評分,如表6所示。在模糊數(shù)學中,把隸屬于或者不屬于某個事物的程度叫做隸屬度。構造恰當?shù)碾`屬度函數(shù)是模糊集理論應用的基礎,一種基本的隸屬度構造法是“參考函數(shù)法”,即參考一些典型的隸屬函數(shù),通過選取合適的參數(shù),通過擬合、整合、實驗分析等手段獲得合適的隸屬度函數(shù)。模糊數(shù)學的有關資料中總結出了十幾種隸屬度函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理可得出各個涂層方案X2.3確定模糊矩陣各指標權重中的權數(shù)一般根據(jù)實際問題的需要主觀確定的,沒有統(tǒng)一的標準可以遵循?？傮w上采用對比評分法確定,其中常用的德爾菲法、專家評分法等是依靠專家經(jīng)驗為主的定性方法基于以上思維的模糊性與語言的不確定性,引入一種新的三角模糊數(shù)的判斷矩陣,運用一定規(guī)則將其轉化為非模糊數(shù),最后轉化為反轉矩陣,再進行一致性檢驗,即可得到所需的因素權重首先需建立三角模糊數(shù)矩陣,利用三角模糊數(shù)M根據(jù)評判的指標論域為涂層的組織結構、摩擦因數(shù)、孔隙率,按照上述評價指標對各個因素進行評價,結果如表8所示,得到如下判斷矩陣由于此矩陣為正互反矩陣,對其求特征值,并用最大特征值所對應的特征向量作為其權重向量并進行歸一化處理得到:利用噴涂層的涂層權重向量W和噴涂工藝方案與各指標之間的隸屬關系矩陣S便可以通過模糊運算求出各個噴涂工藝方案的綜合評價值,根據(jù)所得評價值的大小做出優(yōu)選決策。進行模糊矩陣復合運算,給出各噴涂工藝方案最終評價值為:可見,工藝方案5的評價值最大為0.1017,工藝方案4、6次之,利用工藝方案5制備的涂層性能最佳。該評價結果與文獻[11]的結果一致,從而驗證了利用模糊綜合評價法選擇高速噴涂工藝方案的可行性和有效性。3涂層磨損性能(1)運用等離子噴涂技術與表面微造型技術制備了涂層,采用模糊綜合評判法對不同條件下涂層性能進行綜合分析,得到的結論和文獻[11]相一致;(2)評價結果表明,在450℃,織構化為凹坑,潤滑劑質量分數(shù)為20%時,涂層表現(xiàn)