中文摘要：

针对等离子喷涂热障涂层，从工艺原始参数（电流强度、主气流量、次气流量、粉体材料、喷涂距离等）出发，系统地研究了喷涂过程中飞行颗粒的温度、速度变化历程，颗粒的沉积过程以及涂层微裂纹、微孔洞等微观缺陷的形成过程，实现了基于喷涂工艺原始参数的等离子喷涂涂层微观形貌的模拟仿真，在此基础上进一步开展了涂层性能预测方法研究。基于能量守恒，首次提出通过孔洞、裂纹等缺陷及片层粒子间界面的影响系数来表征涂层热导率以及杨氏模量的数学模型，计算了缺陷及片层粒子间界面对涂层热导率、杨氏模量的影响系数，通过定量计算发现片层粒子间界面对涂层杨氏模量和热导率降低的影响要高于缺陷的影响；通过对涂层模型施加虚拟载荷，并基于涂层系统内能突变的时刻所对应的外加载荷来判断涂层的拉伸结合强度，经Weibull概率纸法统计获得的数值模拟结果与涂层拉伸结合强度的试验值吻合良好；基于涂层微观组织的有限元模型，再现了涂层微区热震过程中的微裂纹萌生及扩展过程，发现较低孔隙率涂层的裂纹萌生源较少，但因应力不能有效释放反而更容易形成贯穿性裂纹，导致涂层剥落。利用本项目所提出的方法，实现了从初始工艺参数到最终涂层性能的有效预测。