Q235-LZAS系微晶玻璃耐沖蝕磨損梯度涂層的應(yīng)力分析.pdf

1、金屬基微晶玻璃涂層具有高強度、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)異性能，已成為當(dāng)前耐磨材料的研究熱點。但微晶玻璃屬于脆性材料，韌性較低，在沖蝕條件下其磨損情況嚴重。本文采用了功能梯度材料的設(shè)計理念，通過改變梯度層每層中ZrO2的體積分數(shù)，使材料的熱膨脹系數(shù)逐層遞減，在表層形成殘余壓應(yīng)力，從而提高涂層韌性。根據(jù)FGM的設(shè)計思想，建立了微晶玻璃梯度涂層的物理模型和物性參數(shù)模型。
　　殘余熱應(yīng)力的大小及分布直接影響著該梯度涂層的制備質(zhì)量。利用有限元商業(yè)軟

2、件ANSYS建立了該梯度涂層的熱應(yīng)力分析模型。探討了梯度層數(shù)、涂層厚度、燒結(jié)溫度、冷卻速度等因素對該復(fù)合材料體系殘余熱應(yīng)力的影響。通過數(shù)值模擬分析，初步確定了最優(yōu)的涂層設(shè)計方案，即梯度層數(shù)n=3～5，涂層厚度t=1.0mm～1.5mm。根據(jù)有限元模擬結(jié)果，采用數(shù)據(jù)擬合方法，建立了預(yù)測該梯度涂層殘余熱應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型。將有限元模擬結(jié)果與實驗測得的殘余應(yīng)力進行對比，驗證了數(shù)值模擬的準確性。
　　接觸應(yīng)力狀態(tài)對涂層材料表層破壞和整體分層剝

3、落有著重要影響。本文對在Hertz接觸狀態(tài)下微晶玻璃梯度涂層的接觸應(yīng)力進行了研究。分析了不同層數(shù)、層厚對該梯度涂層體系應(yīng)力分布的影響。結(jié)果表明，梯度涂層的表面徑向接觸應(yīng)力和涂層/基體界面剪應(yīng)力均隨層數(shù)的增大而增大，隨著涂層厚度增大而減小;最大的接觸應(yīng)力位于接觸中心區(qū)域。
　　利用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA建立了單磨料顆粒沖蝕梯度涂層的有限元模型。分別從沖蝕角度、沖蝕速度、磨料粒徑、沖蝕物顆粒形狀等方面對梯度涂層的沖蝕應(yīng)力