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陶瓷涂层有限元分析的研究现状

时间:2017-08-31 20:03:02  来源:桑尧热喷涂网整理  作者:tianzhongma

 

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    涂层有很多失效形式,其影响因素主要有:组织结构、相成分以及工作环境等。一般情况下,涂层的失效形式主要有:

    1)热应力失配引起的失效

    由于涂层和基体自身性能不同,热膨胀系数相差较大,在热载荷作用下,易产生热应力,在界面交接处形成应力集中,萌生微裂纹,继续工作下去,微裂纹形成宏观裂纹。

    2)界面缺陷和热生长氧化物引起的失效

    由于应力的存在,在界面缺陷处易引起裂纹的萌生及扩展,在热生长氧化物内部演变的微裂纹,与缺陷处的裂纹融汇贯通形成网状裂纹。

    隙和裂纹等缺陷,采用有限元模拟了纳米Al2O3/TiO2涂层在单向载荷下的应力分布,研究表明:小孔隙对应力分布影响不大,孔隙的角度与距离对对涂层的应力有影响。张红松等用有限元模拟分析了ZrO2涂层在热冲击过程中的热应力分布。王鲁等应用ANSYS有限元对喷涂过程中熔融金属、喷涂粉末与接触面的热相互作用。Chong F L等应用ANSYS有限元软件研究了CuCrZr合金基钨涂层的热应力,研究表明:分层结构能有效的减轻界面应力集中。

    沈伟等用数字图像处理技术与有限元相结合的方法,形成了与实际相符的有限元模型,计算了涂层的热导率并与实验结果进行对比。张显程等用有限元法分析了涂层与基体界面上残余应力分布。Michlik  P等应用OOFObjected Oriented Finite element)有限元分析了氧化错陶瓷涂层的裂纹、应力应变、热传导率,对涂层弹性模型进行了预测,评估了涂层的断裂行为。

    C. Palaccio Espinosa等利用ABAQUS有限元软件,模拟了Al2O3-13%TiO2涂层在外力作用下残余应力的分布规律,研究表明:网状孔隙显著影响着涂层内部的应力场。Komvopoulos K等采用有限元法在涂层弹性接触情况下,分析了涂层、中间层及基体的应力场合变形区域。Sun Y等应用有限元软件对变厚度TiN涂层与钢球的弹塑性接触进行了模拟,结果表明:基体强度和涂层厚度对塑性变形有显著的影响。Kral E R等采用有限元分析了涂层厚度对承载能力和应力场的影响,探讨了萌生裂纹的情况,研究了加载周期对承载能力、抗拉强度、界面剪切应力的影响。Ahmed I等介绍了热喷涂过程的三维模拟,考虑了载气径向喷射的影响,预测了不同大小粉末颗粒的热能变化。

    综上所述,陶瓷涂层的有限元研究己经取得了一定的成就,但是针对在冷却过程中涂层崩裂现象的研究较少。本文在前人研究的基础上,考虑涂层厚度、孔隙、裂纹等因素对涂层冷却过程中残余应力进行了分析,将试验研究与理论研究相互结合,相互验证。

 


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