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。     

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。     

功能梯度材料的基体与颗粒界面热应力研究

研究金属－陶瓷功能梯主材料的基体与颗粒的界面热应力。方法给出功能制备的有限元计算优化设计方案,针对所制备的梯度材料的结构特点,采用双层嵌套模型研究基体与颗粒的界面热应力与两相材料体积分数的变化关系。     

功能梯度热障涂层热震裂纹的形成和扩展

探索热障涂层在热震中裂纹的形成规律 ,揭示涂层热震危险截面位置 .采用在铝基体上以等离子喷涂法制备 Al/Ni- Zr O2 功能梯度涂层 ,在所研制的热性能测试仪上 ,用单面加热急冷法 ,观察不同热循环次数下的裂纹形成情况 .结果是热震 15次时首先在纯 Zr O2 与 Zr O2 和 Al/Ni质量比为 8∶ 2的界面上方产生水平裂纹 ,5 0次时出现龟裂纹 .热震裂纹出现的最危险截面在上述界面上方大约 80 μm处 ,此处热应力最大 .     

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.     

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。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大.为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力.结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转.最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘.残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力.本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础.     

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.     

La2Zr2O7/YSZ梯度热障涂层的热冲击失效行为

隔热性能是热障涂层对基体热保护功能最直接的衡量标准。制备La₂Zr₂O₇(LZO)/ YSZ 梯度热障涂层(DCL-TBCs)，在1 300 ℃的顶部涂层表面温度下与500 μm厚的YSZ TBC进行热梯度循环试验，评估它们的寿命。分析试验结果表明，当厚度为100 μm和200 μm的YSZ涂层被LZO涂层替代时，DCL-TBCs的寿命会比500 μm厚的YSZ TBC高出一倍多。证明DCL-TBCs技术可在较高温度下有效延长涂层的使用寿命。     

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。     

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。     

界面形貌对涂层残余应力影响的数值模拟

应用有限元软件ANSYS中的热分析功能,对涂层中的残余应力进行有限元分析,得到不同界面形貌模型残余应力的分布状况。分析表明,平面界面形貌比其他形貌有明显的局部应力集中现象,该结论为提高涂层界面结合强度的界面造形提供了理论支持。     

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...     

Thermal Stress Relaxation of Nonhomogeneous Coatings

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭｅｔａｌｃｅｒａｍｉｃｎｏｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏａｔｉｎｇｓ（ＮＣｓ）ｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｍａｌｂａｒｉｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅａｖｉａｔｉｏｎａｎｄａｅｒｏｓｐａｃｅｆｉｅｌｄｓ...