熱障涂層氧化與蠕變的交互作用.pdf

1、熱障涂層(Thermal Barrier Coatings, 簡(jiǎn)稱(chēng)TBCs)一般由Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2陶瓷層、MCrAlY(M代表Ni、Co、Ni 和Co)粘結(jié)層和鎳基超合金基體組成，具有抗高溫氧化和抗熱腐蝕性能，同時(shí)具有非常低的熱傳導(dǎo)系數(shù)，可有效降低被保護(hù)基材的服役溫度，減小其熱沖擊負(fù)荷，因而在航空航天、化工、冶金和能源方面有廣泛的應(yīng)用前景，如葉片、噴嘴、閥門(mén)等的表面保護(hù)。 陶瓷層的蠕變是熱障涂層失效的因素之一，蠕變過(guò)程

2、往往是一個(gè)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化、調(diào)整的非線(xiàn)性不可逆過(guò)程，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化和損傷必定帶來(lái)能量的耗散并由此導(dǎo)致系統(tǒng)的熵增加，故蠕變過(guò)程是一個(gè)不可逆熱力學(xué)過(guò)程，屬于變形熱力學(xué)的研究范疇。 熱障涂層的蠕變可引起各層應(yīng)力的變化，在一定的陶瓷/粘結(jié)層界面溫度下，陶瓷層中存在溫度梯度時(shí)其蠕變行為增加，所以，相對(duì)于恒溫氧化，不得不考慮溫度梯度與應(yīng)力對(duì)擴(kuò)散的影響。本文從理論上計(jì)算了不同溫度梯度下界面熱氧化(TGO)的生長(zhǎng)規(guī)律：界面溫度一定時(shí)

3、，陶瓷的蠕變能促進(jìn)TGO的生長(zhǎng)；溫度梯度對(duì)氧化生長(zhǎng)的影響則與Soret系數(shù)相關(guān)。 涂層剝落是失效的最終表現(xiàn)形式，界面是影響壽命的重要因素。在高溫下界面強(qiáng)度無(wú)法用常規(guī)方法測(cè)得。本文從Suo-Hutchinson界面裂紋模型出發(fā)，用簡(jiǎn)單的拉伸法得到不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，以及不同溫度下熱障涂層的界面斷裂韌性。結(jié)果表明，高溫下的界面斷裂韌性明顯低于常溫下的界面斷裂韌性，而且II型裂紋占主導(dǎo)地位。 總之，本文從熱障涂層蠕變的