316L不銹鋼基材防氚滲透Al2O3涂層殘余應(yīng)力測試與數(shù)值模擬.pdf

1、為提高316L不銹鋼的阻氚效果通常要在其表面制備阻氚優(yōu)良的氧化鋁涂層，然而氧化鋁和不銹鋼的熱物理性能相差很大，直接涂覆會在界面上產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力導(dǎo)致界面開裂，另外，致密氧化鋁和不同孔隙率的多孔氧化鋁對于涂層中和涂層與基體界面上的殘余應(yīng)力影響很大。本文利用有限元分析軟件Marc對涂層制備過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進(jìn)行分析和模擬，以掌握不同結(jié)構(gòu)涂層中應(yīng)力變化規(guī)律，獲得抗熱震性能好的涂層結(jié)構(gòu)，為涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備提供依據(jù)。 對于多孔氧化鋁

2、涂層，孔隙率的改變對涂層內(nèi)的殘余應(yīng)力分布趨勢沒有明顯影響，但對其應(yīng)力值卻有很大影響。殘余應(yīng)力最大值隨著孔隙率的減小而增大，直到涂層為完全致密時(shí)，應(yīng)力值達(dá)到最大；氧化鋁層內(nèi)殘余應(yīng)力最大值隨著厚度的增加而增大，涂層內(nèi)應(yīng)力最大值位置逐漸從涂層向基體轉(zhuǎn)移。由于氧化鋁涂層是設(shè)計(jì)通過滲鋁后經(jīng)過氧化處理獲得的，鋁的分布對氧化鋁的的梯度分布有很大影響，為此對梯度鋁涂層的梯度分布進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)隨著成分分布指數(shù)p值的增加以及梯度層厚度的增加，涂層的殘

3、余應(yīng)力逐漸減??；梯度層數(shù)的增多，有利于涂層中殘余熱應(yīng)力的緩和。致密氧化鋁涂層由于涂層與基體界面處產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力過大，將其設(shè)計(jì)成梯度過渡形式，結(jié)果表明Al2O3/316L功能梯度涂層（FGM）在很大程度上緩和了非功能梯度涂層（NFGM）界面附近的應(yīng)力集中,且應(yīng)力分布均勻,各應(yīng)力分量最大值均明顯降低,應(yīng)力緩和效果顯著。梯度涂層最佳熱應(yīng)力參數(shù)為：成分分布指數(shù)p=1.0，梯度層層數(shù)n=9。 最后為驗(yàn)證模擬的正確性采用等離子噴涂方法在31