基于晶体微观有限元方法的多相复合涂层高温摩擦应力场模拟

作者：黄啸; 翟傲霜; 张凤娇; 王俊煜; 邵天敏^*

来源：中国表面工程, 2022, 35(03): 96-103.

• 多相复合涂层
• 热力耦合
• 微观有限元
• 高温摩擦

对高温摩擦磨损工况下多相复合涂层的热-力耦合应力场的模拟研究尚不充分。基于Voronoi多边形建立NiCr-Cr3C2-CaF2/BaF2多相复合涂层的晶体微观有限元模型，模拟复合涂层中各相的占比、分布形态和热-力学参数，求解得到热-力耦合工况下的von Mises应力和第一主应力分布。结果表明：在高温摩擦工况下，多相复合涂层的应力显著高于均匀涂层，尤其是在硬质相尖端附近易产生局部高应力区域，改善相的形态将锐角钝化能够有效缓解局部高应力现象；热-力耦合应力场与黏结相和硬质相的弹性模量密切相关，通过调节各相模量能够有效调控复合涂层的Mises应力和拉应力值。基于微观有限元方法的热-力耦合应力场模拟可为高温摩擦磨损工况下多相复合涂层的优化设计提供理论依据。

• 单位
  摩擦学国家重点实验室; 清华大学; 中国矿业大学（北京）