界面形貌对热障涂层残余应力影响的数值模拟.pdfVIP

10 ·试验与研究· 焊接技术 第 卷第 期 年 月 39 3 2010 3 文章编号：1002－025X(2010)03-0010-04 界面形貌对热障涂层残余应力影响的数值模拟 朱 晨， 刘 杨， 陈亚军， 王志平 （中国民航大学理学院， 天津 300300 ） 摘要： 利用ABAQUS 有限元分析软件对热障涂层中的残余应力进行了模拟分析， 研究了不同界面微结构及其尺寸 （包括圆弧半径、 高 度） 对平行和垂直于界面的残余应力最大值的影响。 结果表明， 界面形貌结构尺寸与热障涂层中的陶瓷层及粘结层界面残余应力有密 切的关系， 凹凸不平的界面将会使界面残余应力发生突变， 界面形貌的曲率对残余应力的影响较大。 这些结论为提高涂层界面结合强 度提供了理论支持， 也为热障涂层界面的优化提供了指导。 关键词： 热障涂层； 残余应力； 界面形貌； 数值模拟 中图分类号： TG174．442 文献标志码： B 0 前言 1 涂层结构与有限元模型的建立 热喷涂涂层制备工艺可以针对工件的具体工作环 1．1 涂层结构 境改善材料的表面性能， 从而达到提高工件隔热、 以等离子弧喷涂热障涂层为研究对象， 其陶瓷层 耐磨和耐腐蚀的目的， 因此， 在航空航天、 石化及核 （含 （ ） 的 ） 厚度为 ， 结合层 w Y O 8％ ZrO 250 μm 2 3 2 电站等高科技工程领域具有广泛的应用潜力。 （Ni－22Cr－10Al－1Y ） 厚度为 100 μm 。 材料参数如 典型的热障涂层结构由陶瓷层、 粘结层和金属 下： 陶瓷层密度为5 700 kg/m3 ， 比热容为565 J/ （kg · 基体组成， 由于涂层与基体热膨胀系数、 热导率不 K ）； 粘结层密度为7 320 kg/m3 ， 比热容为583 J/ （kg · 匹配等原因， 当温度发生变化时涂层与基体会产生 ）； 其他材料参数 （弹性模量 、 热膨胀系数 、 粘 K E α 形变， 会在涂层内部产生残余应力， 严重影响着涂 结层屈服强度 ） 随温度的变化曲线如图 所示。 ReL 1 ［ ］ ［ ］ 1 2 层的一些主要性能， 如耐剥落性能 、 疲劳寿命 及 ［3 ］ 结合强度 等。 长期在高温环境中工作和