热障涂层高温氧化和热冲击失效研究

摘要

热障涂层技术作为用于热端部件的高温防护技术，不仅可以提高部件的受热温度，也可以延长它的使用寿命。它在航空航天、轮船、能源等领域还有着广泛的研究与应用前景。因此，对热障涂层的失效机理研究对于了解涂层的使用性能、服役寿命和材料的改性都就有着重要的意义。 本论文主要对热障涂层试样内部的热应力分布情况和涂层的失效机理进行研究。 首先，采用等离子喷涂方法制备了一批热障涂层试样。分别在高温实验机上进行了高温氧化实验和热冲击实验，对实验样品进行的观测发现，圆柱形试件热冲击下首先沿轴向出现裂纹，这种裂纹是由周向应力引起的；对园饼试样，热冲击后涂层剥落，引起剥落的原因主要是粘结层的高应力梯度所致。 其次，利用有限元分析软件Marc对热障涂层结构进行分析模拟，初步研究了它在热冲击作用下的温度场和应力场的分布情况。对粘结层失效时的应力分布包括轴向应力、剪切应力等等进行了详细的分析，讨论它们在失效过程中所起的作用。对外载荷作用下的涂层系统和无外载荷作用的涂层系统的应力进行了比较，分析拉、压应力对于涂层失效的影响。同时，也对不同厚度的涂层系统的应力情况进行了比较。 最后，提出并应用一种新的无损的残余应力及演化测试方法——光致发光的方法，对高温氧化和热冲击实验后的热障涂层试样进行残余应力测试，给出了残余应力随氧化时间和冲击次数的数值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1热障涂层

§1.2国内外热障涂层失效研究概况

§1.3本文的研究目的、意义和研究内容

第二章热冲击试验和高温氧化试验

§2.1试样的制备和试验机

§2.2热冲击试验

§2.3高温氧化试验

§2.4试样失效机理分析

第三章热障涂层热冲击过程有限元分析

§3.1热冲击过程相关的有限元问题

§3.2无外载荷作用的热障涂层有限元分析

§3.3外载荷作用下的热障涂层有限元分析

§3.4各种材料特性参数对应力分布的影响

第四章热障涂层残余应力及演化测试新方法

§4.1热障涂层残余应力理论公式

§4.2各层材料参数对残余应力的影响

§4.3测试热障涂层残余应力及演化的新方法

总结

参考文献

致谢

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