通过实验和仿照剖析，我们创造YSZ涂层的微不雅观构造，对残余应力产生了显著的影响，并且这种影响程度，随着涂层工艺和基材特性的变革而变革。
热喷涂技能是一种常用的表面涂层技能，可用于提高材料的耐热性、耐磨性和抗堕落性等性能。
在不锈钢等材料上，热喷涂YSZ涂层可以有效地降落温度梯度和热应力，从而提高材料的利用寿命和性能稳定性。
然而，YSZ涂层中残余应力的存在，可能导致涂层失落效和剥落，因此对付微不雅观构造下残余应力的研究变得尤为主要。
热喷涂技能包括一组涂层工艺，个中细碎的金属或非金属颗粒，在熔融或半熔融条件下沉积以形成涂层。
涂层的各种形成过程涂层可以提高功能性能，减少磨损、侵蚀和堕落造成的磨损，通过重修磨损部件来延长部件寿命，并通过在较便宜的材料上运用昂贵的涂层来降落本钱。
理解薄片粘合、微不雅观构造特色的形成，以及成品零件中的残余应力是一些技能寻衅。
YSZ颗粒的残余应力，从片层颗粒的冲击点直至其作为涂层微不雅观构造的组成部分冷却下来的过程。
为了使热喷涂部件具有均匀的性能，须要仔细掌握颗粒直径、颗粒冲击速率和温度。
由于实验的运营本钱较高，利用打算方法而不是实验，来优化操作参数具有本钱效益，首次对液滴撞击基底进行了实验不雅观察。
不雅观察并记录了牛奶和汞滴撞击光滑基材的飞溅和指法，随着打算能力的发展，打算方法已被广泛用于仿照热喷涂液滴撞击。
从文献中得到的各种液滴撞击模型的一些颗粒和基底参数，大多数热喷涂液滴冲击模型都涉及传热、凝固、孔隙形成等，而不涉及残余应力的演化。
拉格朗日、平滑粒子流体动力学 (SPH)、欧拉、耦合欧拉-拉格朗日 (CEL) 和打算流体动力学 (CFD) 是用于仿照液滴撞击的一些方法。
拉格朗日方法被用来仿照冷喷涂涂层，拉格朗日方法的缺陷是模型对网格敏感。
多粒子撞击时粒子会反弹，并且超过一定的粒子速率，程序会因单元过度扭曲而终止。
在这种情形下，网格再生的用场有限，由于扭曲的网格也在打仗面上，并且打仗力学算法会覆盖网格扭曲。
SPH 是一种无网格方法，适用于对高变形喷涂过程进行建模，先容的事情是利用SPH 方法进行建模的。
SPH 能够战胜拉格朗日方法中碰着的回弹征象，欧拉方法已被广泛用于仿照液滴撞击。
利用欧拉方法的数值模型，比拉格朗日模型方法更靠近实验不雅观察结果，而欧拉方法被广泛用于仿照单次和多次冲击热喷涂过程。
欧拉网格许可材料在固定网格内流动，适宜仿照流体和熔融材料，欧拉和拉格朗日的结合称为 CEL（耦合欧拉-拉格朗日），它战胜了上述缺陷。
早期的打算模型紧张关注颗粒直径为 2-5 mm、颗粒速率为 1-5 m/s，以便于与实验进行比较，实际上，颗粒直径为微米量级，冲击速率约为 100-300 m / s 。
随着更快的加工机器的进一步发展和仿真软件的进步，3D 模型被广泛发布，个中一些进行了连续的液滴撞击剖析。
个中报告了分离环的形成，这是由于第二个液滴撞击得到的动量造成的。
这也导致了碎片（卫星液滴），虽然提出的事情利用瑞利-泰勒 (RT) 不稳定性理论研究了液滴撞击表面时引起的手指数量，但打算结果与实验结果非常吻合。
传热和凝固的研究是板片描述研究的关键要素，研究了锡滴撞击不锈钢基材的传热，并进行了实验来验证其结果。
在基体温度为 563 K 的情形下，镍颗粒撞击不锈钢基体的实验不雅观察记录了飞溅的不雅观察结果。
而在基体温度为 673 K 的情形下没有不雅观察到飞溅，在数值仿照中，增加基体温度并没有产生太大的影响。
片形态的差异，但增加热打仗电阻极大地改变了形态，另一个值得把稳的假设是不须要向模型供应热打仗电阻值，它可以通过基板粗糙度和热导率来改变。
只管不同的建模技能和打算效率的进步，显著改进了热喷涂涂层中的板片建模，但微调材料参数的技能寻衅，须要进一步的事情。
再加上得到紧张限于沉积落后程的实验数据的寻衅，使得数值模型的验证变得困难。
残余应力是在基材上热喷涂涂层的过程中形成的，残余应力影响涂层的粘合强度、内聚强度、抗热震性、热疲倦寿命、耐堕落性、耐磨性和利用寿命。
残余应力有两种类型：沉积应力（发生在微不雅观尺度）和沉积后应力（发生在宏不雅观尺度）。
沉积应力是由于飞溅的快速冷却和凝固、液滴对预沉积层的喷丸浸染（冲击）或由于产生的高热梯度而引起的。
沉积后应力是由于板片冷却至室温以及涂层和基材的热膨胀系数 (CTE) 不匹配而引起的，基材几何形状和表面处理也会影响残余应力的演化。
利用各种方法通过实验丈量残余应力，一些常用的方法包括 X 射线衍射 (XRD)、原位曲率丈量、中子衍射和增量钻孔方法。
由于 X 射线的穿透力有限，因此 XRD 无法丈量涂层/基材界面中的残余应力。
由于确定弹性参数的不愿定性，XRD 可能会给出不准确的应力值，只管有这些限定，X射线衍射已被许多研究职员广泛利用，并已通过其他方法进行了验证。
中子衍射利用可穿透样品的高能中子，网络并剖析原子和原子核引起的散射，利用中子衍射得到足够且准确的残余应力数据的本钱很高。
原位曲率丈量是残余应力实验丈量的另一种形式，基材曲率和温度的变革用于预测残余应力，它是唯一可以单独跟踪沉积应力和沉积后应力的实验技能。
利用原位曲率丈量来预测，由于YSZ 颗粒对各种基材的影响而产生的残余应力，同时采取 XRD 和钻孔方法，来得到不锈钢中的残余应力深度剖面。
靠近界面的残余应力实质上是压应力（− 500 MPa），然后在全体 SS 基材的厚度范围内逐渐变为拉应力（50 MPa）。
采取渐进式钻孔方法，来确定由于在不同基材初始温度下，将 YSZ 热喷涂到各种基材上而产生的残余应力。
结论是，基体温度的变革对铸铁基体的残余应力，影响很小或没有影响，但对铝和不锈钢基体的残余应力影响很大。
对付较高的基材温度，涂层中的残余应力实质上是压缩应力，对付 423 K 的不锈钢基材，涂层的全厚度残余应力在靠近表面处为拉伸应力 (100 MPa)。
然后遵照非常低的应力大小 (− 10 至 + 10 MPa)，然后变为压缩应力 (− 150 MPa）更靠近颗粒-基底界面。
不锈钢上的残余应力实质上是压缩应力，利用XRD方法，剖析了由于在钢和铝基体上，沉积不同厚度的各种涂层材料而产生的残余应力。
值得把稳的是，YSZ 涂层的面内残余应力具有较低的应力值（均匀 15 ± 10 MPa），有时靠近于零，可能的阐明是淬火和热失落配应力具有相反的符号并且相互抵消。
另一种可能的阐明是由于微裂纹的形成而导致应力松弛，采取 Cr 3+ 荧光光谱法测定 Al 2 O 3中的残余应力/YSZ 涂料。
研究创造，涂层厚度小于 20 µm 时，宏不雅观压缩残余应力较高（− 500 至 − 300 MPa），并提出了理论模型来验证这种行为。
利用 XRD 研究了沉积温度对铝基体上 YSZ 涂层微不雅观构造的影响，结论是涂层表面始终处于张力。
利用XRD对不同基材温度下，镍基合金上的 YSZ 涂层，进行残余应力剖析。
结果创造，随着温度的升高，应力从拉伸应力（40 MPa）变为压缩应力（− 20 MPa），并利用数学模型验证了却果。
可以看出，YSZ 涂层和镍基体中产生的残余应力，与基体温度直接干系。
所有实验方法的共同问题，是它们给出的均匀应力值不能用于预测，常常涌如今应力集中区域附近的微应力（或局部应力）。
并且还须要更长的持续韶光，来通过实验优化喷涂过程，数值仿照 (FEM) 一贯是仿照热喷涂涂层中，残余应力的紧张焦点。
具有基材冷却的多重冲击模型
仿照了多重冲击模型，案例A中统共100个YSZ颗粒冲击 SS 基板，冲击速率为 100 m/s，仿照了轴对称模型，以减少打算韶光和粒子在同一位置的撞击。
颗粒已预热至 3000 K 的温度，基板的顶面已预热至 423 K，而基板的别的部分则加热至 298 K，以仿照实验装置中产生的冷却效果。
298 K 的较低温度被指定为外表面的边界条件，并且该区域在全体仿照过程中保持相同的温度，以仿照喷涂过程中基材的空气冷却。
423 K 的基板温度作为预定义场给出，该区域的温度在仿照过程中可能会发生变革，基板中平滑的温度梯度会更真实。
但由于缺少实验数据，模型中利用了尖锐的温度梯度。
多次冲击模型中利用的 YSZ 和 SS 的材料属性与“传热模型，欧拉方法”部分，该模型利用欧拉热耦合砖单元 (EC3D8RT) 考虑传热。
并利用动态显式温度位移步骤，总韶光步长为 100 µs，进行仿照大约须要20天具有6个并行处理器的事情站，没有基体冷却的厚涂层中的残余应力
YSZ 颗粒连续撞击 SS 基材以得到厚涂层，为了减少打算韶光，利用轴对称条件仿照了统共 100 个冲击速率为 240 m/s 的颗粒，得到了17.3 μm的终极厚度。
得到如此小的涂层厚度的缘故原由是由于网格域较小，由于颗粒的高冲击速率导致涂层飞溅到网格域之外，增加网格域的尺寸无助于得到更厚的涂层。
由于在实验方法中，热喷枪沿着基材上的预定路径通过，熔融颗粒撞击固化涂层，而不是数值仿照中撞击熔融涂层。
可以看出，大部分涂层承受拉应力（90-230 MPa），而在靠近涂层/基材界面处则承受压应力（高达 - 250 MPa）。
基板在顶面上承受拉应力，最大拉应力范围为 200-250 MPa，发生在靠近界面的地方，随后是一个小区域的低水平拉应力。
基材的别的部分具有压应力（− 50 至− 250 MPa），可以看出，涂层和基材中的应力大小和性子存在很大差异。
残余应力丈量是在阔别给出对称边界条件的表面处进行的，由于可以看出它们影响残余应力分布。
YSZ涂层的残余应力紧张为拉应力，应力范围为100 MPa~250 MPa。
浸染在基材上的残余应力在靠近界面处为拉伸应力，然后在全体厚度范围内变为压缩应力，最大应力为 - 195 MPa。
YSZ 涂层和 SS 基材用于约为 590 μm 和 5 mm，并绘制在同一张图中，以便与
当前研究的数值数据进行比较。
结果表明，SS 基板内残余应力的性子和大小，与当前数值数据和钻孔方法 (HDM) 相称。
结论提出了 SS 基底上单层和多层 YSZ 涂层残余应力蜕变的数值模型，该模型与先前宣布的实验和数值研究相称同等，以下是当前研究得出的紧张结论。
终极得到的板片形状，很大程度上取决于颗粒和基材之间的热导率，较高的热导率会导致指状物的形成并导致飞溅。
对付单粒子冲击，模型中利用的热导会影响涂层和基材中，得到的全厚度残余应力，应力的性子是相同的，但较低电导得到的应力幅度稍高。
对付没有基材冷却的多重冲击模型，涂层中的残余应力分布仅为拉伸应力，其由基材中的压应力平衡。
对付基材冷却的多重冲击模型，涂层中的残余应力在顶面上是低压缩应力，然后变成拉伸应力，而基材大部分是压缩应力。
研究表明，在不锈钢基材上热喷涂YSZ涂层的过程中，YSZ涂层的微不雅观构造对残余应力具有主要影响。
晶粒尺寸和分布、孔隙构造以及界面构造，都会影响残余应力的水平。
这些研究结果对付优化不锈钢基材，热喷涂YSZ涂层的工艺和改进涂层性能，具有主要意义，为进一步研究和运用供应了辅导和参考。
