界面形貌以及TGO厚度對熱障涂層失效機理的影響研究.pdf

1、本文采用有限元方法，研究了等離子噴涂熱障涂層冷卻至室溫后界面形貌以及TGO的存在對殘余應力場的影響；以內(nèi)聚力單元模擬TBC/BC界面，得到了熱-力耦合作用下界面裂紋萌生和擴展的規(guī)律。主要的工作總結如下：
　　1.建立了含基底和不含基底的兩種有限元模型，研究了基底的存在對熱障涂層殘余應力分布的影響，結果表明：與不含基底時的結果相比，含基底時相應波峰處的應力值有所增大，并且增大的幅度隨著界面幅值增加而增大，但是應力的變化值與該處的應力

2、值相比可以忽略。為減小計算量，在后續(xù)研究中可以不考慮基底。
　　2.研究了界面粗糙度對熱障涂層界面殘余應力分布的影響，采用一條幅值不斷增大的曲線來模擬界面形貌。結果表明，界面粗糙度對界面殘余應力的分布有顯著的影響，粗糙度越大，陶瓷層和結合層靠近界面的波峰、波谷處水平方向和垂直方向的最大拉/壓應力也越大。
　　3.使用內(nèi)聚力單元模擬 TBC/BC界面，并在 TBC表面施加位移載荷，研究了界面處損傷以及裂紋的萌生和擴展規(guī)律。結果

3、表明：在較小位移載荷作用下，只是有損傷出現(xiàn)，同時可注意到，波谷處損傷為零，且隨著幅值的增大，波峰處的損傷逐漸增大。裂紋最先出現(xiàn)的位置并不是整個界面中殘余應力最大的部分，而是最小振幅下拉應力和壓應力最大的部位，說明粗糙度對界面破壞的影響是相當復雜的。
　　4.在界面粗糙度相同的情況下，研究了不同界面形貌對熱障涂層系統(tǒng)殘余應力及界面斷裂的影響。結果表明，隨著幅值的變化，同一界面形貌下的水平方向垂直方向的殘余應力發(fā)生著規(guī)律性的變化：隨著

4、幅值的增大而增大，隨著幅值的減小而減?。坏菍τ诓煌缑嫘蚊蚕孪嗤堤幍乃綒堄鄳χ凳谴嬖谥町惖?，這與界面形貌有著很大的關系。幅值不斷增大的界面形貌完全斷裂所需的載荷最大，抵抗斷裂的能力最強，而以標準正弦曲線為界面形貌的模型完全斷裂所需的位移載荷值最小，故抗斷裂能力最弱。
　　5.分BC層為完全彈性和考慮塑性變形兩種情況，研究了TGO以及界面幅值對殘余應力的影響，結果表明，是否考慮BC層的塑性變形對界面處殘余應力的分布規(guī)律影

5、響很小，只是數(shù)值上考慮塑性變形時要比不考慮塑性變形時小；TGO厚度、TGO層以及界面幅值對界面處殘余應力的分布有顯著的影響，隨著TGO厚度的增大，殘余應力值也相應增大，并且隨著幅值的增大而增大；BC層界面最大拉應力與TGO厚度成線性增長關系，而TBC層則相反；BC層中的最大拉應力遠遠大于TBC層中的最大拉應力，這也是熱障涂層在BC/TGO界面失效的主要原因。另一方面，無論是在TBC層，還是在BC層中，最大拉應力與幅值均為線性增長關系；左