涂層-基體界面的斷裂行為研究.pdf

1、熱噴涂層的可靠性關系到構件的安全運行，對涂層特性的了解和把握是其工業(yè)應用的關鍵條件。本文從探討涂層/基體系統(tǒng)完整性評定的方法出發(fā)，對LX88A涂層的力學性能、涂層的斷裂行為基本特性、涂層與基體間界面的斷裂參量以及基于局部法評定涂層/基體的界面斷裂行為等幾個方面進行了研究。 本文通過三點彎曲試驗測量了LX88A涂層的彈性模量(E)，結果表明涂層的孔隙率對涂層E具有很大的影響，E的測量值隨孔隙率的減小而增大。隨著涂層厚度的增加，整個

2、涂層的平均孔隙率變小，使得E隨之增大。另外，發(fā)現(xiàn)相同厚度涂層的顯微硬度和孔隙率均具有較大的分散性，并且涂層 E 隨顯微硬度的增大而減小，因此，相同厚度涂層的E具有較大的分散性。 通過對三點彎曲試樣中LX88A涂層斷裂行為的觀察，發(fā)現(xiàn)涂層中某位置所受力矩達到一定值時，該處會產生垂直于界面的裂紋，故可將力矩是否達到臨界值作為該位置產生裂紋的條件。有限元分析結果也證明了上述結論，對于三個不同位置的裂紋，當裂紋產生時該位置處界面附近的應

3、力水平基本接近。 本文將斷裂力學實驗和有限元分析相結合獲得界面斷裂時裂紋尖端的應力場，并根據(jù)界面復應力強度因子(K)的定義計算了對LX88A涂層與Q345鋼界面裂紋的K。結果表明，在三點彎曲試樣中拉伸載荷和剪切載荷共同主導界面裂紋尖端附近區(qū)域，甚至剪切效果大于拉伸效果。研究發(fā)現(xiàn)只有部分試樣的界面裂紋尖端附近存在K主導區(qū)，即K有效。另外，由于七個試樣發(fā)生界面斷裂時的J積分值分散很大，所以不適合使用單一斷裂參量J積分來評價界面斷裂行

4、為。 本文推導了將局部法用于界面斷裂分析的理論基礎。提出了兩種斷裂控制區(qū)的定義，一種將界面作為斷裂控制區(qū)，一種將靠近界面的涂層薄層和基體薄層作為斷裂控制區(qū)。對應兩種定義提出了兩種統(tǒng)計學分析的微觀力學模型，對應兩種模型討論了界面裂紋的斷裂準則，并根據(jù)最薄弱環(huán)節(jié)理論將局部法用于界面斷裂行為分析。另外，制定了界面裂紋威布爾參數(shù)的估計方法和步驟，并編制了估計界面威布爾參數(shù)的程序。 本文將局部法用于分析界面斷裂行為對試樣幾何形式的