熱障涂層高溫CMAS腐蝕應(yīng)變場(chǎng)的DIC表征與分析.pdf

1、熱障涂層(TBCs)作為一種關(guān)鍵的隔熱防護(hù)材料被應(yīng)用在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，顯著降低了合金表面溫度，促進(jìn)了航空事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。然而在航空發(fā)動(dòng)機(jī)高推重比的發(fā)展趨勢(shì)下，燃?xì)膺M(jìn)口溫度的要求不斷提高，熱障涂層 CMAS腐蝕成為服役環(huán)境中最危險(xiǎn)的失效形式。如何獲得熱障涂層 CMAS腐蝕失效機(jī)制的充分理解是今后航空發(fā)動(dòng)機(jī)取得任何進(jìn)展的關(guān)鍵，而應(yīng)變場(chǎng)的表征可以為 CMAS腐蝕機(jī)制的理解提供直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。由于熱障涂層 CMAS腐蝕時(shí)應(yīng)變場(chǎng)的表征是在12

2、00 ℃以上的高溫下進(jìn)行的，傳統(tǒng)的測(cè)應(yīng)變方法不再適用。因此本文采用了一種光學(xué)非接觸式測(cè)應(yīng)變方法，數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)來表征CMAS高溫腐蝕熱障涂層的應(yīng)變場(chǎng)，為日后涂層本構(gòu)關(guān)系的建立提供一個(gè)數(shù)量級(jí)的指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、利用高壓噴槍將特定比例的耐高溫?zé)o機(jī)膠與氧化亞鈷的混合物在熱障涂層樣品截面制作耐高溫人工散斑；實(shí)驗(yàn)室人工配制與實(shí)際火山灰相似成分的CMAS粉末，用研缽不斷研磨使得CMAS粉末的粒徑分布集中在20μm左右

3、，并用毛筆刷將一定量 CMAS粉均勻涂覆在熱障涂層樣品的表面；將制好隨機(jī)散斑且涂有 CMAS粉末的樣品放入 DIC設(shè)備裝置中的恒溫電阻爐中，在1250 ℃下煅燒30 min進(jìn)行CMAS高溫腐蝕熱障涂層的實(shí)驗(yàn)，隨爐冷卻；DIC實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集冷卻過程中樣品截面的數(shù)字圖像，利用ARAMIS計(jì)算分析軟件進(jìn)行后處理，最終得到CMAS腐蝕熱障涂層在冷卻過程中應(yīng)變場(chǎng)的演變。
　　2、研究了熱障涂層在從1250 ℃冷卻到25 ℃過程中，有、無(wú)CMA

4、S腐蝕時(shí)應(yīng)變場(chǎng)的演變過程。發(fā)現(xiàn)涂層在不同 CMAS涂覆量腐蝕下，冷卻到300-400 ℃時(shí)，陶瓷層與基底的界面處出現(xiàn)了明顯的拉應(yīng)變，涂層開始開裂，臨界開裂應(yīng)變約為-0.7％；無(wú)CMAS腐蝕時(shí)，冷卻到100 ℃時(shí)陶瓷層與基底的界面處開始開裂，臨界應(yīng)變約為-1.6%；當(dāng)溫度降到25 ℃時(shí)，所有樣品均已剝落失效。除此之外，研究發(fā)現(xiàn)在冷卻過程中，CMAS腐蝕不帶基底的陶瓷層時(shí)應(yīng)變大小約為-0.5%。
　　3、建立了CMAS高溫腐蝕熱障涂層