熱障涂層氧化與蠕變的交互作用.pdf

1、熱障涂層(Thermal Barrier Coatings, 簡稱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，同時具有非常低的熱傳導系數，可有效降低被保護基材的服役溫度，減小其熱沖擊負荷，因而在航空航天、化工、冶金和能源方面有廣泛的應用前景，如葉片、噴嘴、閥門等的表面保護。 陶瓷層的蠕變是熱障涂層失效的因素之一，蠕變過程

2、往往是一個內部組織結構不斷發(fā)生變化、調整的非線性不可逆過程，內部組織結構的變化和損傷必定帶來能量的耗散并由此導致系統(tǒng)的熵增加，故蠕變過程是一個不可逆熱力學過程，屬于變形熱力學的研究范疇。 熱障涂層的蠕變可引起各層應力的變化，在一定的陶瓷/粘結層界面溫度下，陶瓷層中存在溫度梯度時其蠕變行為增加，所以，相對于恒溫氧化，不得不考慮溫度梯度與應力對擴散的影響。本文從理論上計算了不同溫度梯度下界面熱氧化(TGO)的生長規(guī)律：界面溫度一定時

3、，陶瓷的蠕變能促進TGO的生長；溫度梯度對氧化生長的影響則與Soret系數相關。 涂層剝落是失效的最終表現形式，界面是影響壽命的重要因素。在高溫下界面強度無法用常規(guī)方法測得。本文從Suo-Hutchinson界面裂紋模型出發(fā)，用簡單的拉伸法得到不同溫度下的應力-應變曲線，以及不同溫度下熱障涂層的界面斷裂韌性。結果表明，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型裂紋占主導地位。 總之，本文從熱障涂層蠕變的