網(wǎng)狀熱障涂層殘余應(yīng)力數(shù)值模擬及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、由于鎳基合金基體與熱障涂層的材料參數(shù)不匹配，在制備和使用過(guò)程中，涂層內(nèi)易累積殘余應(yīng)力，進(jìn)而可能出現(xiàn)涂層剝落等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響構(gòu)件的使用壽命。網(wǎng)狀或多孔結(jié)構(gòu)材料具有較高的應(yīng)變?nèi)菹蕖Ｍㄟ^(guò)在合金基體表面和陶瓷涂層之間制備具有網(wǎng)狀或多孔結(jié)構(gòu)的襯墊，可以提供足夠的變形空間以達(dá)到提高熱障涂層的應(yīng)變?nèi)菹薜哪康?。本論文利用有限元方法，模擬合金基體上的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)襯墊在加工過(guò)程以及涂層在服役過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)分布。并且設(shè)計(jì)具有不同截面結(jié)構(gòu)、尺寸以及三維形態(tài)網(wǎng)格襯墊

2、，研究其對(duì)熱障涂層內(nèi)殘余應(yīng)力和抗熱震性的影響。取得以下幾點(diǎn)結(jié)論:
　　(1)通過(guò)在陶瓷層與基體之間添加中間過(guò)渡層及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了復(fù)合襯墊結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能夠有效降低涂層的在制備中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，尤其是橫向拉應(yīng)力，從而改善了網(wǎng)格襯墊附近應(yīng)力集中的現(xiàn)象，可提高涂層的性能。
　　(2)當(dāng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中襯墊間距與襯墊寬度的比值約在4倍到5倍之間時(shí)，熱障涂層的內(nèi)部壓應(yīng)力、陶瓷層與粘結(jié)層界面上拉應(yīng)力均明顯降低。具有該比例網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)襯墊的熱障涂層

3、進(jìn)一步改善了涂層制備中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。
　　(3)在熱震環(huán)境下，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)襯墊能夠有效降低熱障涂層的橫向殘余應(yīng)力。但在升溫階段易造成縱向拉應(yīng)力的升高。并且隨著陶瓷層厚度增加，縱向拉應(yīng)力提高。與傳統(tǒng)熱障涂層相比，加入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)襯墊后，熱障涂層的失效位置從邊緣的危險(xiǎn)區(qū)域移至網(wǎng)狀襯墊處。
　　(4)在實(shí)際工況環(huán)境下，對(duì)比具有不同三維結(jié)構(gòu)襯墊熱障涂層的殘余應(yīng)力，隨著結(jié)構(gòu)襯墊變形空間的增大，殘余應(yīng)力增加。具有六邊形襯墊結(jié)構(gòu)熱障涂層殘余應(yīng)力