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(hù)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(duì)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(yù)測(cè)的界面失效及脫落問(wèn)題極大限制了其廣泛應(yīng)用和可靠性評(píng)價(jià)。因此，目前亟待發(fā)展新型實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)及實(shí)驗(yàn)設(shè)備完善熱障涂層體系的高溫力學(xué)性能，對(duì)于有效掌握其破壞機(jī)理具有重要的意義。本文改進(jìn)了傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備，發(fā)展了一種1600℃范圍內(nèi)材料力學(xué)性能測(cè)試的新方法，對(duì)傳統(tǒng)的熱障涂層體系進(jìn)行了不同服役溫度下

2、的實(shí)驗(yàn)和裂紋失效機(jī)制分析。主要內(nèi)容如下：
　　第一，對(duì)傳統(tǒng)的DIC測(cè)試設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。自主配置了兩個(gè)高溫放大鏡頭以及藍(lán)光濾鏡，引進(jìn)了用于高溫實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)償光源，充分解決了服役高溫下實(shí)驗(yàn)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(cè)試方法，可以實(shí)現(xiàn)1600℃范圍內(nèi)的材料力學(xué)性能測(cè)試，在位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)基準(zhǔn)上驗(yàn)證了其可行性；并成功授權(quán)了一項(xiàng)高溫散斑制備方法的發(fā)明專利(CN103792117A)。
　　第二，基于上述改

3、進(jìn)的設(shè)備和方法，在常溫和800℃~1000℃溫度下對(duì)粘結(jié)層-基底結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確獲得了整個(gè)拉伸實(shí)驗(yàn)中粘結(jié)層材料表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的演化過(guò)程。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵階段和初始裂紋準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的提取，得到了隨著溫度升高臨界斷裂應(yīng)變由0.35％逐漸地降低到0.21%；臨界斷裂強(qiáng)度由700 MPa降低到252 MPa；臨界剪切強(qiáng)度由117.6 MPa降低到42.4 MPa，充分表明了實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)字圖像相關(guān)法計(jì)算得到的全場(chǎng)應(yīng)變

4、云圖和掃描電鏡微觀形貌圖，詳細(xì)探討了不同服役溫度下粘結(jié)層-基底結(jié)構(gòu)失效機(jī)制。
　　第三，利用搭建的測(cè)試平臺(tái)在常溫和800℃~1000℃服役溫度下進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，計(jì)算分析得到EB-PVD熱障涂層體系表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的演化過(guò)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(cè)試得到的陶瓷層表面殘余應(yīng)力值，得到EB-PVD熱障涂層體系陶瓷層臨界斷裂應(yīng)變逐漸由0.45%降低到0.12%；相對(duì)應(yīng)的臨界斷裂強(qiáng)度由239.7 MPa降低到74