不锈钢表面渗铝层/ZrO2复合涂层残余应力模拟

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2 μm增加至14 μm，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。

Residual Stress Simulation of Aluminized Layer/ZrO2 Composite Coating on Stainless Steel