徐 燕

（宁夏大学新华学院，宁夏 银川 750021）

陶瓷热障涂层作为一种新型的有着广泛应用前景的复合材料，主要工作于高温环境下保护金属基体，但是普通热障涂层，其陶瓷与基体的物理性能的不匹配和突变，将会在界面上产生极大的热应力。这种热应力在界面会引起裂纹出现和扩展，导致热障涂层从基体剥落。功能梯度热障涂层采用梯度化分布陶瓷与金属组元，对由于物理性能突变所引起的热应力有缓和作用，有效增强了界面强度。近年来，为了提高内燃机的可靠性，人们在其金属部件的表面喷涂陶瓷梯度涂层，利用陶瓷的耐高温和金属的韧性好等优良属性分别满足热负荷和机械负荷的要求。因此，本文以ZrO2-NiCrAlCoY功能梯度多层平板模型的涂层为研究对象，通过 ANSYS 有限元软件模拟分析梯度层层数和梯度层中NiCrAlCoY的含量对热应力的影响，这一研究成果为该涂层优化设计和制备提供数据支持[1]。

1 模型结构

工程实际问题中常见的内燃机的汽缸盖、活塞、气阀以及工业炉的炉门等的陶瓷热障涂层可以简化为多层平板模型。该模型以Cu为基体，涂层表层为Zr2O，NiCrAlCoY作为粘结底层材料，过渡层由NiCrAlCoY和Zr2O的粉末按一定比例混合而成。并且过渡层逐渐由金属过渡到最外表面的陶瓷层（Zr2O），从基体到涂层表面Zr2O含量逐渐增多，NiCrAlCoY的含量逐渐减少，表现出良好的成分梯度分布。为了便于比较应力的大小，涂层的总厚度全部取同样的厚度0.8mm，平板模型的基体厚度取为2mm，长度为20mm，宽度为4mm。……