题目：NbSi2及Mo(Al,Si)2涂层制备及界面热应力的有限元分析

航空航天事业的快速发展对于航空发动机的结构材料提出了更高的要求，铌硅基高温合金具有良好的力学性能和物理性能，将成为未来高性能燃气涡轮发动机材料最有力的竞争者。但是，铌硅基高温合金没有氧化防护性，因此，发展在铌硅基合金表面的高温防护涂层成为了高温合金应用的研究方向。硅化物涂层具有良好的热稳定性, 使用温度可达1600℃, 其表面形成的SiO2能有效阻止氧向基体内部扩散; 而且SiO2玻璃在高温下有流动性, 使涂层具有自愈能力, 并能承受—定的变形，是一种良好的高温抗氧化涂层。本论文采用包埋渗的方法制备了硅化物涂层。对所得的涂层进行1250℃抗氧化性能测试。采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了涂层氧化前后的微观结构变化，用能谱分析(EDS)分析了涂层的成分变化。实验结果表明，硅化物涂层由(Nb,Ti)Si2涂层和互扩散层组成，厚度为30μm。涂层经过1250℃氧化实验，测得100小时氧化增重为4.67mg/cm2，显示出了良好的高温抗氧化能力。100小时氧化后的氧化层主要由SiO2和少量的TiO2构成，厚度大约为8μm。由于瓦格纳理论无法计算复合多元氧化物的缺陷，本文提出了一个简化的推算抛物线常数的理论模型，这个模型推导出的氧化动力学曲线的表达式如下所示：生成单一氧化物时，理论氧化动力学表达公式：生成复合多元氧化物时，理论推导的氧化动力学表达式：当 时， 当 时，本文使用硅化物涂层氧化实验进行验证，结果表明，这个模型推导出的理论氧化动力学曲线与涂层的实验氧化动力学基本符合。 由于高含铝量的Mo(Al,Si)2涂层和低含铝量的Mo(Al,Si)2涂层在高温氧化时生成的氧化物不同，本文使用了有限元的分析方法，对于两种涂层体系在降温过程中的界面热应力进行分析，结果表明，低含铝量的Mo(Al,Si)2涂层在降温过程中更容易发生氧化层龟裂和涂层屈曲失稳等现象，即在热循环过程中服役性能较差。