基于模糊综合评判法的等离子喷涂涂层性能评价

基于模糊综合评判法的等离子喷涂涂层性能评价

随着航空航天和民用技术的发展，热端材料的使用温度要求越来越高。传统的表面重建技术无法满足日益严格的工作环境要求。1磨损性能测试通过等离子喷涂工艺制备涂层以后,采用激光表面微造型技术制备出不同表面微织构的涂层,由于影响涂层性能的因素及评价指标较多,为研究方便及分析结果不失一般性,本文作者在类比其他研究人员的实验基础上,选择了对性能影响较大的因素,如温度、表面织构、润滑剂含量等,分别研究了不同温度、表面织构、润滑剂含量下的摩擦磨损性能。其中摩擦磨损参数选取如下指标:表面金相组织、摩擦因数、孔隙率。涂层制备采用的基材为GCr15,喷涂粉末为镍铬铝钇(KF-301)、La用激光微造型技术在涂层表面加工出如图1所示的4种表面微造型(圆形、菱形、平行和断纹),织构尺寸及分布如表2所示。试验采用调Q的脉冲Nd:YAG激光器加工系统,激光器波长为1064nm,平均功率为10W,脉宽为5~25nm;加工参数为脉冲频率10kHz,扫描速度5mm/s。加工完成后在抛光机上抛光处理试样以去除坑边缘形成的毛刺。摩擦磨损性能测试在MM-U5G屏显式材料端面高温摩擦磨损试验机上进行。对偶件Gr15尺寸为ue78841mm×8mm,材料经淬火处理,硬度为HRC60~62。试验载荷为4kN,主轴转速为80r/min,时间为60min,室温20℃。试验相关参数如表3所示。2评价对象的确定模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法。它根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价,即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰、系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题,适合各种非确定性问题的解决。评价对象(称为对象集)是由多种因素组成的模糊集合(称为因素集),它是反映涂层属性、性能的指标,这些指标一般具有模糊性,有些具有非模糊性,再设定这些因素所能选取的评审等级,组成评语的模糊集合(称为评语集),分别求出各单一因素对各个评审等级的归属程度(称为模糊矩阵),然后根据各个因素在评价目标中的权重分配,通过计算(称为模糊矩阵合成),求出评价的定量解值。上述过程即为模糊综合评判2.1确定综合评价矩阵对于等离子喷涂涂层性能进行模糊综合评价时,每一种不同实验条件下的涂层定义为对象集,涂层的评价指标设置为因素集,对每个指标用定性评语(模糊语言)描述并量化,成为评语集。之后两两对比分析确定各个评价指标的权重,建立涂层性能模糊评价矩阵,获取各个涂层的综合评判值,最后得到的数值较大的涂层表示其具有相对较优异的综合性能。首先确定对象集X为不同试验条件的12种涂层,分别对应于表3中样本序列1~12。由此得到研究的对象集X={x2.2涂层的模糊实验根据这12种涂层的金相组织扫描结果,以及涂层在摩擦磨损试验机上测得的数据(见表5)按照等离子喷涂涂层的评价指标集Y和评价标准,对各个涂层的评价指标进行评分,如表6所示。在模糊数学中,把隶属于或者不属于某个事物的程度叫做隶属度。构造恰当的隶属度函数是模糊集理论应用的基础,一种基本的隶属度构造法是“参考函数法”,即参考一些典型的隶属函数,通过选取合适的参数,通过拟合、整合、实验分析等手段获得合适的隶属度函数。模糊数学的有关资料中总结出了十几种隶属度函数对数据进行处理可得出各个涂层方案X2.3确定模糊矩阵各指标权重中的权数一般根据实际问题的需要主观确定的,没有统一的标准可以遵循。总体上采用对比评分法确定,其中常用的德尔菲法、专家评分法等是依靠专家经验为主的定性方法基于以上思维的模糊性与语言的不确定性,引入一种新的三角模糊数的判断矩阵,运用一定规则将其转化为非模糊数,最后转化为反转矩阵,再进行一致性检验,即可得到所需的因素权重首先需建立三角模糊数矩阵,利用三角模糊数M根据评判的指标论域为涂层的组织结构、摩擦因数、孔隙率,按照上述评价指标对各个因素进行评价,结果如表8所示,得到如下判断矩阵由于此矩阵为正互反矩阵,对其求特征值,并用最大特征值所对应的特征向量作为其权重向量并进行归一化处理得到:利用喷涂层的涂层权重向量W和喷涂工艺方案与各指标之间的隶属关系矩阵S便可以通过模糊运算求出各个喷涂工艺方案的综合评价值,根据所得评价值的大小做出优选决策。进行模糊矩阵复合运算,给出各喷涂工艺方案最终评价值为:可见,工艺方案5的评价值最大为0.1017,工艺方案4、6次之,利用工艺方案5制备的涂层性能最佳。该评价结果与文献[11]的结果一致,从而验证了利用模糊综合评价法选择高速喷涂工艺方案的可行性和有效性。3涂层磨损性能(1)运用等离子喷涂技术与表面微造型技术制备了涂层,采用模糊综合评判法对不同条件下涂层性能进行综合分析,得到的结论和文献[11]相一致;(2)评价结果表明,在450℃,织构化为凹坑,润滑剂质量分数为20%时,涂层表现