1、學校代碼：10406中圖分類號：TB333學號：130085204025南昌航空大學南昌航空大學碩士學位論文(專業(yè)學位研究生)熱力載荷下鋁基Al2O3涂層材料的界面失效研究碩士研究生：夏宇鋒導師：江五貴教授申請學位級別：碩士學科、專業(yè)：材料工程所在單位：航空制造工程學院答辯日期：2016年6月5日授予學位單位：南昌航空大學I摘要鋁合金蜂窩結構由于其高比強度、高比模量和輕量化等特點，被廣泛應用于航空、航天和汽車等領域。但鋁合金同時也具有較

2、差的耐熱性和耐磨性等缺點，導致其應用受到限制?；诖?，本文采用陽極氧化技術為鋁合金蜂窩構件的表面制備了Al2O3防熱涂層，并且利用試驗方法和數值模擬方法研究了鋁基氧化鋁陶瓷涂層復合材料在熱學和力學載荷下，涂層及其界面的損傷與失效過程。本文的研究工作可以為鋁基陶瓷涂層復合材料的實際工程應用提供一定的參考和指導。主要內容如下：首先，利用陽極氧化工藝，為鋁基蜂窩材料的內孔和標準拉伸試樣的標距表面制備了氧化鋁防熱涂層。并對氧化鋁涂層進行了一系列

3、的表征與性能測試。結果表明：涂層的厚度約為54μm，涂層顯微維式硬度為409.0HV。由XRD衍射圖在涂層中檢測出了γAl2O3，說明涂層的主要由物相是γAl2O3。并且O和Al的原子比大于2:1，進一步表明氧化膜由非晶態(tài)Al2O3和晶態(tài)Al2O3組成。SEM圖觀察到鋁基涂層材料由鋁基體、阻擋層和Al2O3涂層組成，在鋁基體與涂層之間有3μm厚度左右的阻擋層，這一試驗結果與Keller模型吻合很好。其次，系統(tǒng)地研究了蜂窩鋁基氧化鋁涂層復

4、合材料在熱載荷下界面和涂層的損傷和失效。采用試驗法和理論估算法分析了熱載荷急冷狀態(tài)下界面處產生的殘余應力，以及殘余應力對復合材料界面及涂層破壞的影響。之后基于內聚力單元(CMZ)建立二維模型，模擬了熱載荷穩(wěn)態(tài)下界面處產生的熱應力以及界面的損傷與失效，并通過試驗進行了對比，吻合較好?？紤]了涂層厚度、熱載荷大小、預制涂層垂直裂紋密度這三個因素對界面處應力場和界面損傷失效的影響。試驗和模擬結果都發(fā)現界面在加熱到300℃后冷卻，界面未產生平行裂

5、紋，而加熱到400℃后冷卻后界面出現平行裂紋，模擬結果與試驗結果吻合較好。在熱載荷作用下，隨著涂層預制垂直裂紋密度的增加，界面損傷也隨著加重。但當這種預制垂直裂紋密度達到某個值后，界面損傷反而減小并逐漸趨于穩(wěn)定。研究發(fā)現存在某個臨界預制裂紋密度值，使得熱載荷下界面損傷最小。最后，研究了鋁基氧化鋁涂層復合材料在拉伸力學載荷下界面和涂層的損傷和失效?；趦染哿卧⒍S模型，模擬了鋁基體在拉伸載荷下的界面損傷與失效，并進行了試驗驗證?？紤]