800 ℃热震与声波振动对MoSi2/Mo涂层损伤的有限元模拟

陈 浩，吴壮志，刘新利，段柏华，王德志

(中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083)

0 引 言

钼及钼合金具有优异的性能，如高熔点(2 620 ℃)、良好的电学、导热性、力学性能和耐腐蚀性能而被认为是最有前途的结构材料之一[1-2]，广泛应用于电子、冶金、核工业等领域，也可用作空间热离子反应堆、导弹喷嘴、卫星火箭助推器、航空发动机叶片和高温电极的发射体[3-4]。然而，钼在600 ℃以下的空气中抗氧化性能较差，已发现其氧化行为可形成多种氧化物，如MoO3和MoO2[5-6]。因此，开发抗氧化涂层有助于提高钼及其合金的抗氧化能力[7-9]。

在各种抗氧化涂层中，MoSi2涂层是钼合金的完美选择，因为它具有良好的高温稳定性，如高熔点2 030 ℃，低密度6.24 g/cm3，在Mo表面可以形成一种保护性自我修复玻璃填补裂缝和孔隙，在高温氧化环境进一步防止氧气接触基体[10-12]。然而，在MoSi2涂层从高温冷却到室温过程中，裂纹通常沿晶界形成。其物理损伤机制为:热震循环产生残余应力，进而诱发裂纹的萌生和扩展，较大的裂纹伴有界面脱粘或滑移[13]。

Hutchinson和Suo[14]描述了层状材料的混合模式裂纹，并指出裂纹在界面内的推进和在界面外的扭结之间的竞争取决于界面与相邻材料的相对韧性。Zhou和Kokini[15]研究了表面裂纹形貌对界面断裂的影响，发现裂纹长度越短，裂纹密度越大，涂层界面的抗断裂性能越好。Michlik和Berndt[16]采用扩展的有限元模型模拟了试验裂纹图像，计算了存在真实形貌裂纹时涂层的等效杨氏模量和热导率等参数。Yan等[17]研究了热障涂层体系中不同层间裂纹的开裂及扩展机理，发现热障涂层随老化时间的延长，裂纹从粘结层和热生长层之间的界面传播转向陶瓷涂层中传播，这是因为热生长层的生长引起了陶瓷层的形貌、刚度、强度和抗断裂性的变化。……