梯度结构对氧化铝/镍梯度涂层抗热应力影响研究

采用“三明治”式梯度结构形式，建立镍基氧化铝梯度陶瓷涂层在热载荷作用下有限元模型，利用弹塑性有限元分析方法，分析梯度层的结构形式、厚度及中间层数等参数对涂层热应力分布的影响。模型采用轴对称结构形式，梯度是由系列理想中间层叠加而成，并假定各层结构材料性能存在微小差别，各中间层材料性能描述符合混合准则要求。结果表明：同无梯度结构陶瓷层相比，梯度结构能有效减缓涂层与基体结合面上的剪应力突变，涂层结合部最大剪应力明显降低；合理的梯度结构能改善涂层内部轴向热应力及剪应力分布，改变热应力分布特征，降低陶瓷层与基体结合面上的剪应力，减少塑性变形，从而防止陶瓷涂层在温度变化时过大剪应力作用下脱落。探讨制备层状结构梯度陶瓷涂层时梯度层结构的设计，并提出采用8层中间层、20 mm厚线性梯度结构就可有效减缓剪应力的突变的结论。