高結(jié)合性能涂層結(jié)合強度的試驗研究及有限元分析.pdf

1、在表面工程與材料科學(xué)中廣泛地采用各種各樣的涂層，以達到保護基體材料、滿足耐熱、耐磨、耐蝕等目的。如航空航天器件中的各種高溫防護涂層，集成電路中絕緣涂層等。然而，涂層與基體之間的良好結(jié)合是涂層得以發(fā)揮其作用的基本條件，其結(jié)合強度的定量測試對評價涂層質(zhì)量、優(yōu)化制備工藝和發(fā)展新涂層技術(shù)具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實意義。本文基于專利--“基于壓力試驗裝置的高結(jié)合性能涂層結(jié)合強度測試方法及試樣”，利用有限元仿真及試驗驗證，對專利中存在的兩個問題即

2、涂層/基體結(jié)合強度表征公式和測試試樣的結(jié)構(gòu)尺寸進行了深入地研究和進一步完善。主要研究內(nèi)容如下：1．建立了基于專利試樣的用于表征高結(jié)合性能涂層結(jié)合強度的公式；通過在涂層與基體結(jié)合界面處添加非線性彈簧單元設(shè)定單元的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系參數(shù)，在應(yīng)力場有限元仿真中模擬了各種涂層涂覆工藝的界面結(jié)合力，進而分析了有無金屬加強板、不同錐度、結(jié)合面寬度、涂層厚度以及不同的涂層/基體材料體系對結(jié)合界面處的應(yīng)力分布的影響。2．通過仿真優(yōu)化，獲得了優(yōu)化的測試試

3、樣結(jié)構(gòu)參數(shù)。為與國標(biāo)試件的比對試驗提供了具體的模型結(jié)構(gòu)尺寸和一定的理論基礎(chǔ)，并試驗驗證了優(yōu)化后模型的正確性。3．采用全解耦損傷分析方法（生死單元法），模擬了涂層與基體界面開裂時的動態(tài)裂紋擴展過程，結(jié)合涂層剝落后的界面微觀形貌，為更好地理解和分析在涂層失效過程中所發(fā)生的一系列復(fù)雜的斷裂力學(xué)現(xiàn)象提供了有效手段。4．自行設(shè)計了一種可以檢測力熱共同作用下的涂層/基體結(jié)合強度的測試裝置；對力熱共同作用下的涂層/基體結(jié)合強度測試進行了試驗研究，初步