TGO均匀生长及典型界面形貌特征对热障涂层残余应力的影响

考虑到热障涂层中陶瓷层/粘结层界面间的热生长氧化物以及粘结层的表面形貌,模拟计算了热障涂层中锥形坑对热生长氧化层与陶瓷层、粘结层界面残余应力分布.计算结果表明,形貌单元尺寸及分布密度对热生长氧化物界面应力有明显的影响,热生长氧化物层与陶瓷层界面的应力大于与粘结层界面的应力,在形貌中心处存在应力集中,并且达到最大值,形貌中心是涂层失效的危险点,其残余应力随着界面形貌单元数量的增加而减小.     

等离子喷涂熔滴沉积凝固后的残余应力分析

应用ANSYS软件中的热分析功能,对热喷涂过程中熔滴在基体表面沉积凝固后的残余应力进行有限元分析,此结果为等离子熔积成形技术的应用提供了理论支持,也为热障涂层界面的优化提供了指导依据。     

38CrMoAl与多种涂层材料的结合性能分析

利用ANSYS workbench软件对涂层与基体进行建模,采用有限元方法分析38CrMoAl基材与TiN、TiC、SiC和DLC涂层材料之间的结合力情况,研究了结合力随涂层不同及施加载荷不同的变化.结果表明:当TiN、TiC、SiC涂层与基体结合时,残余应力主要集中在涂层与基体的结合处,在涂层表面与基体内部的分布较为均匀,而DLC涂层由于具有较好的导热性,能够快速的将残余应力导向基体中;残余应力与扩散距离的关系在涂层表面处呈现非线性的变化,而在涂层界面和涂层整体则是随着应力扩散距离的增加,先急速减少再到基本保持不变.所以,采用适当的涂层制备工艺,对残余应力的改变与材料的使用性能会有很大的影响.     

基于有限元法的热障涂层系统应力分析

采用有限元方法建立热障涂层模型,研究热障涂层系统在温度载荷作用下的应力场及其温度场分布,考虑陶瓷层厚度和氧化层厚度变化对热障涂层系统热应力的影响。研究结果表明,热障涂层系统最大应力出现在氧化层/陶瓷层界面,热障涂层系统内氧化层/陶瓷层界面等效残余应力随着氧化层厚度增加而增加。随着陶瓷层厚度增加,热障涂层系统隔热效果明显,对热障涂层设计有指导意义。     

硬质合金TiN涂层的残余热应力数值分析

采用有限元方法分析了硬质合金氮化钛涂层的热残余应力,试样采用圆柱体状的轴对称几何模型和自由边界条件,分析了涂层厚度、基体参数和过渡层对残余热应力的影响.计算表明:TiN涂层中出现较大的拉应力(1 GPa以上),而硬质合金基体中出现较大的压应力(-0.8 GPa左右).涂层中的拉应力随硬质合金基体中钴的质量分数和涂层厚度的增加而明显减小,因此通过增加基体中的钴的质量分数和涂层厚度可以减小涂层中的拉应力.当采用TiC过渡层时,涂层应力可以减小25%,且采用TiCN梯度过渡层时效果更好.     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

短碳纤维增强橡胶基密封复合材料的热残余应力数值分析

以碳纤维/丁腈橡胶基密封复合材料为对象,采用ABAQUS有限元分析软件,建立含有界面相的三维有限元模型,研究了橡胶基复合材料热残余应力的分布规律.探讨了制备温度、界面相厚度、界面相模量描述方法、纤维体积分数、纤维直径对热残余应力的影响.结果表明:制备温度的变化对纤维和界面相的热残余应力影响较大;界面相厚度对纤维的残余应力的影响比其对自身的影响大;梯度界面有利于降低复合材料的热残余应力;适当提高纤维体积分数和增加纤维直径都有助于改善复合材料热残余应力的分布.     

ZrO2-ZiCrAl系功能梯度热障涂层界面残余热应力研究

研究用等离子喷涂方法制备Ｚｒｏ２－ＮｉＣｒＡｌ系功能梯度热障涂层的不同梯度过渡层之间,以及与基体之间界面的残余热应力和功能梯度热障涂层厚度、组分对残余热应力的影响．方法来用热弹性有限元方法．结果所设计的功能梯度热障涂层的界面残余热应力得到有效缓和．结论对于所要保护的基体,可用有限元数值分析结果选择适当的功能梯度材料体系．     

传统断裂力学参量在TBCs界面断裂中的可行性分析

通过对TBCs/Q345涂层试样进行拉伸强度测试试验,并结合有限元模拟计算,对复应力强度因子K及J积分用于评定TBCs涂层界面断裂问题的可行性进行了分析.通过采用应力计算法计算涂层界面裂纹的复应力强度因子K,发现在裂纹尖端区域存在一个K主导的弹性区域,可以说明K因子有效,可用于评价脆性涂层的界面断裂问题;而通过有限元方法得到的J积分分布很不均匀,表明J积分不适于评价涂层的界面断裂问题.     

薄膜弹丸对涂层基体冲击的界面结合强度分析

针对不锈钢薄膜弹丸冲击覆有涂层基体来考核涂层结合强度的问题,采用应力波理论和有限元计算两种方法对界面结合应力进行了分析和数值仿真。应用应力波理论分析了冲击过程中应力波传播过程与规律;采用固连失效模型反映基体与涂层结合的方法,建立了带有薄膜弹丸冲击覆有涂层基体的有限元模型;利用应力波理论和非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA对冲击过程分别进行了数值模拟,获得了涂层与基体间结合强度的应力分布情况。计算结果表明：应力波分析计算的结果与有限元数值仿真得到很好的相互验证。     

热障涂层失效的无损检测与评价研究进展

热障涂层作为航空发动机高温部件的关键材料,其质量和性能的无损检测与评价是热障涂层研究领域中急需解决的关键问题。系统回顾了热障涂层无损检测技术与方法的发展历史与研究现状,重点介绍了热障涂层TGO与残余应力的无损检测技术及其未来的发展方向。     

金属陶瓷倾斜涂层的热障作用

研究了在大气下用氧—乙炔火焰法实现的Al_2O_3基金属陶瓷倾斜涂层的附着性及其热障作用。结果表明,Cu、Ni/Al金属的加入及梯度成分设计,改善了涂层与基体之间的物理相容性和化学相容性,使热应力、界面应力弛豫,附着性明显提高。同时,该梯度涂层具有良好的抗热震、抗热冲蚀及抗高温铁水烧蚀等性能,热障作用显著。     

等离子喷涂热障涂层的屈曲失效分析

在工作环境中,典型的等离子喷涂热障涂层结构会在陶瓷层和氧化层界面出现分层现象,导致冷却过程中受面内压应力作用的陶瓷层发生屈曲和剥落失效现象.本文采用能量方法建立了分层后陶瓷层(边界固支单层板)屈曲的临界条件,分析了分层形状、陶瓷层面内应力、弹性模量、厚度对临界条件的影响.这些结果可为考虑陶瓷层屈曲失效的寿命预测模型提供一定的理论依据.     

Analysis of residual stress distri bution along interface asperity of thermal barrier coating system on macro curved surface

Based on the study of the radial residual stress distribution on the macro curved interfaces of thermal barrier coating system(TBCs) for the hollow curved substrate structures,the hollow four-concentric-circle model was developed.And the concentric-circle model with a fine scaled sinusoidal interface was proposed to describe the stresses distribution on the rough interface of TBCs with macro curved geometry.The influences of the geometric and thermophysical parameters were discussed by the developed mode...     

组元热失配对复合材料界面强度的影响

用粉浆浸渗－层叠热压工艺制得了９种不同组元热失配的复合材料．用金刚锥显微脱粘法测得复合材料的界面强度．研究了组元间不同热失配对界面强度的影响．结果表明：径向热先配愈大，复合材料的界面强度愈高，两者之间存在着近似的指数关系；轴向热失配对界面强度影响则较小．用热残余应力对界面强度影响的计算结果验证了上述结果，两者较好地吻合．     

梯度涂层材料残余热应力分析

在陶瓷涂层中引入恰当的过渡层使之成为梯度涂层概可提高陶瓷涂层与金属界面的结合强度，也能有效地缓解界面附近的残余热应力。     

等离子喷涂薄壁工件涂层中温度场解析

沉积层中的热梯度及涂层与基体材料热膨胀系数的差异是引起等离子喷涂残余应力的主要原因.考虑到喷涂子层增厚,建立起基于喷涂颗粒沉积过程温度场的解析模型.在分析中同时考虑了热传导、热辐射对涂层的影响,计算了在不同的基体-涂层体系下涂层的温度场.结果表明,涂层沉积过程中升温过程分为两个阶段:初级阶段,即体系温度不超过相应喷涂材料熔点的15%;完成阶段,即涂层与基体达到热平衡后继续升温到最高温度,并在界面处结合最终形成残余应力.