基于模糊綜合評(píng)判法的等離子噴涂涂層性能評(píng)價(jià)

隨著航空航天和民用技術(shù)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(shù)無法滿足日益嚴(yán)格的工作環(huán)境要求。1磨損性能測(cè)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(shù)制備出不同表面微織構(gòu)的涂層,由于影響涂層性能的因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)較多,為研究方便及分析結(jié)果不失一般性,本文作者在類比其他研究人員的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選擇了對(duì)性能影響較大的因素,如溫度、表面織構(gòu)、潤滑劑含量等,分別研究了不同溫度、表面織構(gòu)、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(biāo):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(shù)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(gòu)尺寸及分布如表2所示。試驗(yàn)采用調(diào)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(jī)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(cè)試在MM-U5G屏顯式材料端面高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。對(duì)偶件Gr15尺寸為ue78841mm×8mm,材料經(jīng)淬火處理,硬度為HRC60~62。試驗(yàn)載荷為4kN,主軸轉(zhuǎn)速為80r/min,時(shí)間為60min,室溫20℃。試驗(yàn)相關(guān)參數(shù)如表3所示。2評(píng)價(jià)對(duì)象的確定模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法。它根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià),即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。它具有結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn),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(píng)價(jià)對(duì)象(稱為對(duì)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(biāo),這些指標(biāo)一般具有模糊性,有些具有非模糊性,再設(shè)定這些因素所能選取的評(píng)審等級(jí),組成評(píng)語的模糊集合(稱為評(píng)語集),分別求出各單一因素對(duì)各個(gè)評(píng)審等級(jí)的歸屬程度(稱為模糊矩陣),然后根據(jù)各個(gè)因素在評(píng)價(jià)目標(biāo)中的權(quán)重分配,通過計(jì)算(稱為模糊矩陣合成),求出評(píng)價(jià)的定量解值。上述過程即為模糊綜合評(píng)判2.1確定綜合評(píng)價(jià)矩陣對(duì)于等離子噴涂涂層性能進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)時(shí),每一種不同實(shí)驗(yàn)條件下的涂層定義為對(duì)象集,涂層的評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置為因素集,對(duì)每個(gè)指標(biāo)用定性評(píng)語(模糊語言)描述并量化,成為評(píng)語集。之后兩兩對(duì)比分析確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,建立涂層性能模糊評(píng)價(jià)矩陣,獲取各個(gè)涂層的綜合評(píng)判值,最后得到的數(shù)值較大的涂層表示其具有相對(duì)較優(yōu)異的綜合性能。首先確定對(duì)象集X為不同試驗(yàn)條件的12種涂層,分別對(duì)應(yīng)于表3中樣本序列1~12。由此得到研究的對(duì)象集X={x2.2涂層的模糊實(shí)驗(yàn)根據(jù)這12種涂層的金相組織掃描結(jié)果,以及涂層在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得的數(shù)據(jù)(見表5)按照等離子噴涂涂層的評(píng)價(jià)指標(biāo)集Y和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)各個(gè)涂層的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分,如表6所示。在模糊數(shù)學(xué)中,把隸屬于或者不屬于某個(gè)事物的程度叫做隸屬度。構(gòu)造恰當(dāng)?shù)碾`屬度函數(shù)是模糊集理論應(yīng)用的基礎(chǔ),一種基本的隸屬度構(gòu)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(shí)驗(yàn)分析等手段獲得合適的隸屬度函數(shù)。模糊數(shù)學(xué)的有關(guān)資料中總結(jié)出了十幾種隸屬度函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可得出各個(gè)涂層方案X2.3確定模糊矩陣各指標(biāo)權(quán)重中的權(quán)數(shù)一般根據(jù)實(shí)際問題的需要主觀確定的,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以遵循?？傮w上采用對(duì)比評(píng)分法確定,其中常用的德爾菲法、專家評(píng)分法等是依靠專家經(jīng)驗(yàn)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(yùn)用一定規(guī)則將其轉(zhuǎn)化為非模糊數(shù),最后轉(zhuǎn)化為反轉(zhuǎn)矩陣,再進(jìn)行一致性檢驗(yàn),即可得到所需的因素權(quán)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(píng)判的指標(biāo)論域?yàn)橥繉拥慕M織結(jié)構(gòu)、摩擦因數(shù)、孔隙率,按照上述評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)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(duì)其求特征值,并用最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量作為其權(quán)重向量并進(jìn)行歸一化處理得到:利用噴涂層的涂層權(quán)重向量W和噴涂工藝方案與各指標(biāo)之間的隸屬關(guān)系矩陣S便可以通過模糊運(yùn)算求出各個(gè)噴涂工藝方案的綜合評(píng)價(jià)值,根據(jù)所得評(píng)價(jià)值的大小做出優(yōu)選決策。進(jìn)行模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算,給出各噴涂工藝方案最終評(píng)價(jià)值為:可見,工藝方案5的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)結(jié)果與文獻(xiàn)[11]的結(jié)果一致,從而驗(yàn)證了利用模糊綜合評(píng)價(jià)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(yùn)用等離子噴涂技術(shù)與表面微造型技術(shù)制備了涂層,采用模糊綜合評(píng)判法對(duì)不同條件下涂層性能進(jìn)行綜合分析,得到的結(jié)論和文獻(xiàn)[11]相一致;(2)評(píng)價(jià)結(jié)果表明,在450℃,織構(gòu)化為凹坑,潤滑劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí),涂層表現(xiàn)