УДК 539.32

 

DOI 10.24411/1683-805X-2020-15006

 

Рассмотрена упрощенная двухслойная модель конструкции «покрытие – подложка» при температурном нагружении, которая не учитывает зарождение термически выращенного оксидного слоя, а также не содержит нижнего (адгезионного) подслоя покрытия. Модель включает в себя решение краевых задач теплопроводности, термоупругости, устойчивости, задачи напряженно-деформированного состояния после потери устойчивости. Также предусматривается возможность отслоения покрытия от подложки после потери устойчивости. Показано, что при интенсивном тепловом воздействии на структурно-неоднородное тело в термопокрытии возникают сжимающие напряжения, которые могут служить причиной потери устойчивости покрытия. При потере устойчивости покрытия на упругом основании области экструзии и энтрузии располагаются в шахматном порядке, в конструкции возникают зоны растяжения и сжатия. При достижении интенсивности напряжений предельного значения на границе «покрытие – подложка» нарушается сплошность структурно-неоднородного тела и происходит отслоение покрытия от подложки в зонах растяжения. Зоны отслоения на границе «покрытие – подложка» имеют периодический характер расположения.

Ключевые слова: термобарьерное покрытие, напряженно-деформированное состояние, потеря устойчивости, отслоение, экструзия, энтрузия, упругое основание

 

Loss of stability and delamination of a thermal barrier coating from the substrate under thermal loading

A simplified two-layer model of coating/substrate system under thermal loading is discussed which does not take into account the formation of a thermally grown oxide layer and does not contain the lower (adhesive) sublayer of the coating. The model includes the solution of boundary value problems of thermal conductivity, thermoelasticity, stability, and problems of the stress-strain state after loss of stability. The possibility of coating delamination from the substrate after loss of stability is also involved. It is shown that severe thermal loading of a structurally heterogeneous body gives rise to compressive stresses in the thermal barrier coating, resulting in the loss of the coating stability. When a coating on an elastic substrate loses its stability, the extrusion and intrusion regions are staggered, leading to the formation of tensile and compressive zones in the structure. Upon reaching the stress intensity limit, the continuity of the structurally heterogeneous body is disrupted at the coating/substrate interface, and the coating delaminates from the substrate in the tensile zones. The delamination zones at the coating/substrate interface are arranged periodically.

Keywords: thermal barrier coating, stress-strain state, loss of stability, delamination, extrusion, intrusion, elastic foundation

П.А. Люкшин, Б.А. Люкшин, Н.Ю. Матолыгина, С.В. Панин  Потеря устойчивости и отслоение термобарьерного покрытия от подложки при температурном нагружении // Физ. мезомех. - 2020. - Т. 23. - № 5. - С. 69-84