CMAS高溫腐蝕EB-PVD熱障涂層的應(yīng)力場分析.pdf

1、熱障涂層(Thermal barrier coatings，簡稱TBCs)由于具有抗腐蝕、高隔熱的特性，作為一種高溫防護(hù)涂層材料被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片上。然而，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的提高，熱端部件燃?xì)鉁囟炔粩嗌撸珻MAS高溫腐蝕失效成為制約熱障涂層使用壽命的又一大關(guān)鍵問題。但是，CMAS高溫腐蝕熱障涂層失效的力學(xué)機(jī)制還很不清楚。因此，本文根據(jù)CMAS腐蝕EB-PVD熱障涂層的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，把CMAS腐蝕影響機(jī)制分為三部分作用：熱失配、

2、滲流、擴(kuò)散-反應(yīng)，分別建立各個(gè)影響機(jī)制下的理論模型，分析各應(yīng)力場分布，主要研究如下：
　　1、CMAS腐蝕熱障涂層的熱失配應(yīng)力場分析：建立了CMAS腐蝕EB-PVD熱障涂層熱失配的圓筒幾何模型，基于彈性力學(xué)理論與基本假設(shè)，將涂層與CMAS之間的熱失配應(yīng)力作為邊界條件，根據(jù)涂層/CMAS界面連續(xù)性條件，計(jì)算得出了界面熱失配應(yīng)力，進(jìn)一步計(jì)算得出了由于熱失配引起的熱障涂層應(yīng)力場分布。結(jié)果顯示，CMAS與熱障涂層的熱失配作用導(dǎo)致涂層內(nèi)部很

3、大的應(yīng)力，其中，涂層徑向受壓，環(huán)向受拉，應(yīng)力隨著涂層半徑的增大而減小，環(huán)向的拉應(yīng)力導(dǎo)致熱障涂層內(nèi)的I型裂紋產(chǎn)生。
　　2、CMAS腐蝕熱障涂層的滲流應(yīng)力場分析：建立了CMAS腐蝕EB-PVD熱障涂層滲流過程的圓筒幾何模型，基于彈性力學(xué)理論與基本假設(shè)，參考達(dá)西定律建立了CMAS在熱障涂層內(nèi)的滲流方程，通過平衡方程將CMAS滲透力轉(zhuǎn)化為額外體積力作用，再聯(lián)合其他基本力學(xué)方程，建立 CMAS在熱障涂層中滲流的理論模型，得出了由CMAS滲

4、流引起的熱障涂層應(yīng)力場分布。結(jié)果顯示CMAS滲流引起涂層應(yīng)力的量級(jí)很小，只有幾十帕，相對(duì)于熱失配和反應(yīng)的作用，CMAS滲流的影響可以忽略不計(jì)。
　　3、CMAS腐蝕熱障涂層的擴(kuò)散-反應(yīng)應(yīng)力場分析：建立了 CMAS腐蝕EB-PVD熱障涂層擴(kuò)散反應(yīng)的平板幾何模型，引進(jìn)相場理論研究 CMAS與熱障涂層發(fā)生反應(yīng)引起的涂層應(yīng)力場分布，通過Cahn-Hilliard方程建立了描述CMAS濃度分布的擴(kuò)散演化方程，通過彈性力學(xué)方程預(yù)測了化學(xué)反應(yīng)引