本文在原有的实验基础上,进一步确定了等离子弧喷涂Al₂O₃陶瓷涂层的工艺参数,并对涂层进行了拉伸实验和抗热震实验。 在涂层的拉伸强度实验中,采用单一Al₂O₃陶瓷涂层和以FeCrAl为粘结层的Al₂O₃陶瓷涂层两种试样进行拉伸强度测试。结果表明,有粘结层涂层的结合强度明显高于无粘结层涂层的结合强度。这是由于FeCrAl粘结层减缓了金属基体与陶瓷涂层之间热膨胀系数的突变,降低了界面处的热应力,从而提高了层间的结合强度。 为研究等离子弧喷涂Al₂O₃陶瓷涂层的抗热震性能,本文对不同结构的涂层进行了600℃环境下的热震实验,并分析、探讨了涂层的热震失效机制。结果表明,涂层热震失效的本质为热循环应力作用下的疲劳失效,其失效过程主要是裂纹形成、扩展及涂层剥落。在陶瓷工作层与基体间增加FeCrAl或Al金属过渡层可有效地减缓涂层内的热应力,阻碍涂层内裂纹的形成及扩展,从而提高涂层的抗热震性能。Al₂O₃陶瓷涂层低温下热震失效是由于层间裂纹或层内裂纹引起的。对于无粘结层的涂层,层间裂纹的萌生及迅速扩展而导致涂层自界面剥离、脱落是失效的主要原因;对于有粘结层的涂层,陶瓷涂层内的片层问裂纹的萌生、扩展而导致涂层局部剥离、脱落是失效的主要原因。 此外,本文还采用ANSYS有限元分析软件对等离子弧喷涂Al₂O₃陶瓷涂层和AlAl₂O₃涂层中的残余应力进行了模拟计算,得出了两种涂层的应力分布。结果表明,涂层的残余应力以平行于涂层表面的应力为主。这样在急冷、急热及冲击等工况条件下,受此残余应力的作用而易产生垂直于涂层表面的裂纹,从而导致涂层开裂、剥落,涂层失效。分析表明,Al层的添加降低了金属基体和涂层结合界面的应力,缓减了基体和陶瓷涂层之间的应力突变,促进了Al₂O₃陶瓷涂层与金属基体之间的结合。因而AlAl₂O₃涂层比Al₂O₃陶瓷涂层具有更好的结合效果和抗热震性能。