基于數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)熱障涂層高溫拉伸斷裂測(cè)試分析.pdf

1、熱障涂層材料由于具有良好的隔熱、耐磨、耐腐蝕性能而被廣泛地應(yīng)用在航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)鈾C(jī)等高溫部件。然而，熱障涂層本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及高溫服役環(huán)境會(huì)導(dǎo)致涂層在不可預(yù)知的情形下發(fā)生剝落失效。因此，發(fā)展新型高溫測(cè)試技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于完善熱障涂層高溫失效機(jī)理具有十分重要的意義和工程價(jià)值。本文基于數(shù)字圖像相關(guān)法，自主設(shè)計(jì)和搭建了高溫實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，在不同的服役溫度下采用基底拉伸法研究了大氣等離子噴涂熱障涂層體系的斷裂失效過(guò)程。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如

2、下：
　　第一，基于拉曼頻移和殘余應(yīng)力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用微拉曼光譜法對(duì)不同溫度熱處理后的熱障涂層試樣表面殘余應(yīng)力的分布進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著熱處理溫度從800 oC升至1000 oC，熱障涂層表面的殘余應(yīng)力從29.61±1.98 MPa減小到7.8±1.98 MPa。殘余應(yīng)力的測(cè)試結(jié)果對(duì)于涂層體系的斷裂強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度的評(píng)價(jià)具有重要的作用。
　　第二，利用自主搭建的高溫測(cè)試平臺(tái)，在不同的服役溫度下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了粘結(jié)

3、層和基底雙層結(jié)構(gòu)體系的拉伸斷裂失效過(guò)程。通過(guò)提取拉伸過(guò)程中粘結(jié)層表面的臨界斷裂應(yīng)變數(shù)據(jù)，應(yīng)用傳統(tǒng)的雙層結(jié)構(gòu)剪滯模型，得到了不同溫度下粘結(jié)層的臨界斷裂強(qiáng)度。在常溫下粘結(jié)層的臨界斷裂應(yīng)變?yōu)?.53％，臨界斷裂強(qiáng)度為1060.0 MPa；而在800 oC服役溫度下其臨界斷裂應(yīng)變?yōu)?.65%，臨界斷裂強(qiáng)度為942.5 MPa；在900 oC服役溫度下其臨界斷裂應(yīng)變?yōu)?.56%，臨界斷裂強(qiáng)度為728.3 MPa；在1000 oC服役溫度下其臨界斷

4、裂應(yīng)變?yōu)?.44%，臨界斷裂強(qiáng)度為528.4 MPa。這充分表明實(shí)驗(yàn)測(cè)試溫度的變化對(duì)材料力學(xué)參數(shù)的演變具有重要影響。
　　第三，利用自主搭建的高溫測(cè)試平臺(tái)，在不同的服役溫度下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了大氣等離子噴涂熱障涂層試樣的拉伸斷裂失效過(guò)程。類似地，通過(guò)提取斷裂處陶瓷層的應(yīng)變數(shù)據(jù)，利用三層剪滯理論模型，得到了不同溫度下陶瓷層的臨界斷裂強(qiáng)度。在常溫、800 oC、900 oC、1000 oC、1100 oC下，熱障涂層陶瓷層的臨界斷裂強(qiáng)度分別