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

【文章來源】：熱加工工藝. 2020,49(20)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

熱障涂層熱應力作用下變形的示意圖

圖2為建立的三層平面應變模型圖，取基體厚度為ts=2 mm、粘結層（BC）厚度0.2 mm、陶瓷層（TBC）厚度tt為0.3mm�；w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，見表1。設系統(tǒng)中沿涂層厚度方向的溫度分布按一維熱傳導來處理，計算方法如下[13-14]:

設定系統(tǒng)的服役溫度為1000℃，受熱冷卻至室溫后，基體中的應變量分布見圖3，式（2）中的總應變ε由均勻應變c和彎曲應變（z-tb）/r兩部分組成，均勻應變的大小由式（8）求得，彎曲應變大小由式（9）、（10）求得。圖4表示基體中的應力分布�？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式（9）計算得到，且其值為tb=-0.758 mm，而傳統(tǒng)中認為應力為零的中性軸是z=-0.845mm的位置。Hsueh等[15]研究熱障涂層應力時都認為各層溫度變化量是相同的，而本文解析計算模型中認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】：
期刊論文
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