基于數(shù)字圖像相關(guān)法的EB-PVD熱障涂層體系拉伸失效分析.pdf

1、作為一種隔熱防護的結(jié)構(gòu)體系，在苛刻的服役環(huán)境下熱障涂層能有效提高渦輪葉片的服役溫度，降低了服役環(huán)境對于渦輪葉片金屬基底的損傷。高溫環(huán)境下熱障涂層體系難以預測的界面失效及脫落問題極大限制了其廣泛應用和可靠性評價。因此，目前亟待發(fā)展新型實驗測試技術(shù)及實驗設備完善熱障涂層體系的高溫力學性能，對于有效掌握其破壞機理具有重要的意義。本文改進了傳統(tǒng)測試設備，發(fā)展了一種1600℃范圍內(nèi)材料力學性能測試的新方法，對傳統(tǒng)的熱障涂層體系進行了不同服役溫度下

2、的實驗和裂紋失效機制分析。主要內(nèi)容如下：
　　第一，對傳統(tǒng)的DIC測試設備進行升級改造。自主配置了兩個高溫放大鏡頭以及藍光濾鏡，引進了用于高溫實驗的補償光源，充分解決了服役高溫下實驗的放大倍數(shù)不夠、熱輻射和光線不足等不穩(wěn)定因素；發(fā)展了一種新型測試方法，可以實現(xiàn)1600℃范圍內(nèi)的材料力學性能測試，在位移場和應變場基準上驗證了其可行性；并成功授權(quán)了一項高溫散斑制備方法的發(fā)明專利(CN103792117A)。
　　第二，基于上述改

3、進的設備和方法，在常溫和800℃~1000℃溫度下對粘結(jié)層-基底結(jié)構(gòu)進行拉伸實驗，準確獲得了整個拉伸實驗中粘結(jié)層材料表面位移場和應變場的演化過程。通過對關(guān)鍵階段和初始裂紋準確數(shù)據(jù)的提取，得到了隨著溫度升高臨界斷裂應變由0.35％逐漸地降低到0.21%；臨界斷裂強度由700 MPa降低到252 MPa；臨界剪切強度由117.6 MPa降低到42.4 MPa，充分表明了實驗溫度對實驗結(jié)果的影響；結(jié)合實驗過程中數(shù)字圖像相關(guān)法計算得到的全場應變

4、云圖和掃描電鏡微觀形貌圖，詳細探討了不同服役溫度下粘結(jié)層-基底結(jié)構(gòu)失效機制。
　　第三，利用搭建的測試平臺在常溫和800℃~1000℃服役溫度下進行拉伸實驗，計算分析得到EB-PVD熱障涂層體系表面位移場和應變場的演化過程。提取出關(guān)鍵階段和初始裂紋相關(guān)數(shù)據(jù)并結(jié)合拉曼光譜法測試得到的陶瓷層表面殘余應力值，得到EB-PVD熱障涂層體系陶瓷層臨界斷裂應變逐漸由0.45%降低到0.12%；相對應的臨界斷裂強度由239.7 MPa降低到74