摘要：目的研究不同制备工艺参数对渗铝层/ZrO2复合涂层残余应力的影响。方法采用ANSYS 18.1软件中的Workbench模块,采用热力耦合的方法,对沉积过程中不同制备工艺参数下产生的残余应力进行数值模拟。结果保温时间由2 h增长至5 h,等效应力由895 MPa减小至862 MPa。沉积温度由400℃升高至700℃,等效应力由541 MPa增加至999 MPa。ZrO2层厚度从2μm增加至14μm,等效应力由925 MPa减小至835 MPa,但是渗铝层-氧化锆层界面的剪切应力由59 MPa增加至101 MPa。基体厚度的变化对基体及渗铝层内的热应力影响不大,但对ZrO2层有较大的影响,基体厚度由0.3 mm增加至0.8 mm,等效应力由745 MPa增加至850 MPa。渗铝层使等效应力由877 MPa减小至745 MPa,径向应力由-1235 MPa减小至-1072 MPa,剪切应力由105 MPa降低到89 MPa,轴向应力由-375 MPa减小至-312 MPa,其中ZrO2层中的轴向应力改变明显,由-128 MPa减小至-39 MPa。结论增加渗铝保温时间,整个复合涂层的应力降低。沉积温度与室温相差越大,热匹配失衡越严重。ZrO2层厚度增加,基体和渗铝层的应力均有升高,ZrO2层内部除剪切应力稍增加外,其余应力均减小。基体厚度增加,ZrO2层等效应力和径向应力均明显增大,因此应降低基体的厚度。渗铝层起到很好的缓冲作用。

关键词：复合涂层 残余热应力 有限元分析 氧化锆 阻氢涂层 

单位：北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心; 北京100083; 中国原子能科学研究院; 北京102413