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金属基微晶玻璃涂层具有高强度、耐磨、耐腐蚀等优异性能，已成为当前耐磨材料的研究热点。但微晶玻璃属于脆性材料，韧性较低，在冲蚀条件下其磨损情况严重。本文采用了功能梯度材料的设计理念，通过改变梯度层每层中ZrO2的体积分数，使材料的热膨胀系数逐层递减，在表层形成残余压应力，从而提高涂层韧性。根据FGM的设计思想，建立了微晶玻璃梯度涂层的物理模型和物性参数模型。 残余热应力的大小及分布直接影响着该梯度涂层的制备质量。利用有限元商业软件ANSYS建立了该梯度涂层的热应力分析模型。探讨了梯度层数、涂层厚度、烧结温度、冷却速度等因素对该复合材料体系残余热应力的影响。通过数值模拟分析，初步确定了最优的涂层设计方案，即梯度层数n=3～5，涂层厚度t=1.0mm～1.5mm。根据有限元模拟结果，采用数据拟合方法，建立了预测该梯度涂层残余热应力的数学模型。将有限元模拟结果与实验测得的残余应力进行对比，验证了数值模拟的准确性。 接触应力状态对涂层材料表层破坏和整体分层剥落有着重要影响。本文对在Hertz接触状态下微晶玻璃梯度涂层的接触应力进行了研究。分析了不同层数、层厚对该梯度涂层体系应力分布的影响。结果表明，梯度涂层的表面径向接触应力和涂层/基体界面剪应力均随层数的增大而增大，随着涂层厚度增大而减小;最大的接触应力位于接触中心区域。 利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了单磨料颗粒冲蚀梯度涂层的有限元模型。分别从冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径、冲蚀物颗粒形状等方面对梯度涂层的冲蚀应力进行了分析。模拟结果显示，随着冲蚀角度、冲蚀速度或磨料粒径的增加，涂层所受到的冲蚀应力均会增大，且形状尖锐的磨料要比圆滑的磨料对涂层所产生的冲蚀应力更大。 对所制备的梯度涂层进行了相关的力学性能试验，测量了涂层表面硬度和断裂韧性。研究了梯度涂层在常温冲蚀磨损条件下的冲蚀磨损率，所得的相关试验结果均较好地验证了应力分析的数值模拟结果。