熱障涂層被廣泛應(yīng)用于航空航天部件,在熱載荷作用下材料間所集聚的殘余應(yīng)力是導(dǎo)致其層裂和失效的重要原因。針對(duì)熱障涂層由于溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力不匹配問(wèn)題,建立了不依賴(lài)于材料層數(shù)的殘余應(yīng)力分析的解析模型。建立基體-粘結(jié)層-陶瓷層的三層平面應(yīng)變模型,分析了系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)變、應(yīng)力的分布情況,研究了溫度梯度對(duì)層間殘余應(yīng)力的影響。研究了陶瓷層厚度對(duì)系統(tǒng)各層表面應(yīng)力和曲率的影響。結(jié)果表明:存在溫度梯度時(shí)界面處應(yīng)力有明顯的突變,且各層的殘余應(yīng)力比無(wú)梯度時(shí)的大。表面應(yīng)力和曲率都隨陶瓷層厚度的增加而增加。 

【文章來(lái)源】：熱加工工藝. 2020,49(20)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

熱障涂層熱應(yīng)力作用下變形的示意圖

圖2為建立的三層平面應(yīng)變模型圖，取基體厚度為ts=2 mm、粘結(jié)層（BC）厚度0.2 mm、陶瓷層（TBC）厚度tt為0.3mm。基體選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料，BC、TBC各涂層材料分別為Ni Co Cr Al Y(Y為微量元素）和Zr O2-8%Y2O3。材料彈性模量和熱膨脹系數(shù)參數(shù)取定值，見(jiàn)表1。設(shè)系統(tǒng)中沿涂層厚度方向的溫度分布按一維熱傳導(dǎo)來(lái)處理，計(jì)算方法如下[13-14]:

設(shè)定系統(tǒng)的服役溫度為1000℃，受熱冷卻至室溫后，基體中的應(yīng)變量分布見(jiàn)圖3，式（2）中的總應(yīng)變?chǔ)庞删鶆驊?yīng)變c和彎曲應(yīng)變（z-tb）/r兩部分組成，均勻應(yīng)變的大小由式（8）求得，彎曲應(yīng)變大小由式（9）、（10）求得。圖4表示基體中的應(yīng)力分布�？煽吹�，彎曲中性軸和傳統(tǒng)中性軸的區(qū)別，彎曲中性軸的位置可通過(guò)式（9）計(jì)算得到，且其值為tb=-0.758 mm，而傳統(tǒng)中認(rèn)為應(yīng)力為零的中性軸是z=-0.845mm的位置。Hsueh等[15]研究熱障涂層應(yīng)力時(shí)都認(rèn)為各層溫度變化量是相同的，而本文解析計(jì)算模型中認(rèn)為各層溫度變化量是不同的，原因有二：(1)材料間熱物性差異，(2)陶瓷材料良好的隔熱性能。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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