摘要：目的探索氧化铝/铝在热载荷作用下的界面失效机理。方法基于内聚力有限元模型,预测热载荷下铝基氧化铝涂层材料界面处的残余热应力,并系统研究其失效过程。重点考虑涂层厚度、热载荷大小、预制涂层垂直裂纹密度对界面处应力场和界面损伤失效的影响,并同实验进行对比。结果试验和模拟结果都发现,加热到300℃冷却后,界面未产生平行裂纹,而加热到400℃冷却后,界面出现平行裂纹。涂层无裂纹缺陷时,界面处剪应力呈单曲线余弦分布,而有预制裂纹时,界面处的剪应力呈双曲线余弦分布。随着热载荷的增大,界面最大剪应力值由两端向界面中心处迁移。相比涂层有裂纹的情况,界面在涂层无裂纹时平均正应力最小。实际制备的氧化铝涂层不可能完美无裂纹缺陷,在考虑涂层有裂纹缺陷时,涂层裂纹密度为4mm.1时平均所受正应力较小,且界面只有拉应力作用,不容易产生脱层缺陷。结论存在特定的最佳临界预制垂直裂纹密度值,使得热载荷下界面损伤最小。有限元模拟结果也显示,相同热载荷和相同裂纹密度下,涂层越厚,对界面的防护力也越强。

关键词：氧化铝涂层 内聚力模型 热载荷 有限元 界面失效 

单位：南昌航空大学航空制造工程学院; 南昌330063