網狀熱障涂層殘余應力數值模擬及其結構設計.pdf

1、由于鎳基合金基體與熱障涂層的材料參數不匹配，在制備和使用過程中，涂層內易累積殘余應力，進而可能出現涂層剝落等現象，嚴重影響構件的使用壽命。網狀或多孔結構材料具有較高的應變容限。通過在合金基體表面和陶瓷涂層之間制備具有網狀或多孔結構的襯墊，可以提供足夠的變形空間以達到提高熱障涂層的應變容限的目的。本論文利用有限元方法，模擬合金基體上的網狀結構襯墊在加工過程以及涂層在服役過程中的應力場分布。并且設計具有不同截面結構、尺寸以及三維形態(tài)網格襯墊

2、，研究其對熱障涂層內殘余應力和抗熱震性的影響。取得以下幾點結論:
　　(1)通過在陶瓷層與基體之間添加中間過渡層及網狀結構，構成了復合襯墊結構。該結構能夠有效降低涂層的在制備中產生的殘余應力，尤其是橫向拉應力，從而改善了網格襯墊附近應力集中的現象，可提高涂層的性能。
　　(2)當網狀結構中襯墊間距與襯墊寬度的比值約在4倍到5倍之間時，熱障涂層的內部壓應力、陶瓷層與粘結層界面上拉應力均明顯降低。具有該比例網狀結構襯墊的熱障涂層

3、進一步改善了涂層制備中產生的殘余應力。
　　(3)在熱震環(huán)境下，網狀結構襯墊能夠有效降低熱障涂層的橫向殘余應力。但在升溫階段易造成縱向拉應力的升高。并且隨著陶瓷層厚度增加，縱向拉應力提高。與傳統(tǒng)熱障涂層相比，加入網狀結構襯墊后，熱障涂層的失效位置從邊緣的危險區(qū)域移至網狀襯墊處。
　　(4)在實際工況環(huán)境下，對比具有不同三維結構襯墊熱障涂層的殘余應力，隨著結構襯墊變形空間的增大，殘余應力增加。具有六邊形襯墊結構熱障涂層殘余應力