Ti-Al-Si-N多层梯度防护涂层热响应性能研究

摘要

为研究Ti-Al-Si-N多层梯度防护涂层的热响应性能,首先通过理论求解与数值模拟相结合的方法对第一类边界条件下单层无限大平壁的瞬态温度场进行研究。结果表明:时间常数的解析解与仿真结果相对误差为3.43%,可以说明此数值模拟方法的可信度。接着,建立Ti-Al-Si-N多层梯度涂层的仿真模型,对第一类边界条件下的瞬态温度场进行仿真,得出该涂层厚度为1.5,3,4.5μm时,膜-基结合处的时间常数分别为5.49×10^(-6),5.84×10^(-6),6.21×10^(-6)s,时间常数随着涂层总厚度的变大而变大,但总体上不会影响基底上温度传感器的动态响应特性。最后对该涂层在热辐射边界条件下的瞬态温度场进行仿真,得到膜-基结合处的时间常数为69.7 s,此类边界条件会严重影响基底上温度传感器的动态响应特性。研究结果对进一步合理设计和使用Ti-Al-Si-N多层梯度防护涂层有一定的指导意义。