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《南京航空航天大学》 2007年
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316L不锈钢基材防氚渗透Al_2O_3涂层残余应力测试与数值模拟

刘红兵  
【摘要】: 为提高316L不锈钢的阻氚效果通常要在其表面制备阻氚优良的氧化铝涂层,然而氧化铝和不锈钢的热物理性能相差很大,直接涂覆会在界面上产生很大的残余应力导致界面开裂,另外,致密氧化铝和不同孔隙率的多孔氧化铝对于涂层中和涂层与基体界面上的残余应力影响很大。本文利用有限元分析软件Marc对涂层制备过程中产生的残余应力进行分析和模拟,以掌握不同结构涂层中应力变化规律,获得抗热震性能好的涂层结构,为涂层结构设计和制备提供依据。 对于多孔氧化铝涂层,孔隙率的改变对涂层内的残余应力分布趋势没有明显影响,但对其应力值却有很大影响。残余应力最大值随着孔隙率的减小而增大,直到涂层为完全致密时,应力值达到最大;氧化铝层内残余应力最大值随着厚度的增加而增大,涂层内应力最大值位置逐渐从涂层向基体转移。由于氧化铝涂层是设计通过渗铝后经过氧化处理获得的,铝的分布对氧化铝的的梯度分布有很大影响,为此对梯度铝涂层的梯度分布进行了分析。研究发现随着成分分布指数p值的增加以及梯度层厚度的增加,涂层的残余应力逐渐减小;梯度层数的增多,有利于涂层中残余热应力的缓和。致密氧化铝涂层由于涂层与基体界面处产生残余热应力过大,将其设计成梯度过渡形式,结果表明Al_2O_3/316L功能梯度涂层(FGM)在很大程度上缓和了非功能梯度涂层(NFGM)界面附近的应力集中,且应力分布均匀,各应力分量最大值均明显降低,应力缓和效果显著。梯度涂层最佳热应力参数为:成分分布指数p=1.0,梯度层层数n=9。 最后为验证模拟的正确性采用等离子喷涂方法在316L不锈钢基体上制备了梯度氧化铝涂层并利用XRD、SEM等手段对其进行表征,利用X射线衍射法测试涂层中不同位置的平均残余应力,并比较和分析了测试结果和模拟计算值。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG174.4

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