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热障涂层抗热震原理

时间:2019-06-12 16:39:11  来源:  作者:

  F119F135 等采用的推重比 10 以上发动机涡轮进口温度最高已达 1850,一方面,改善叶片冷却结构(如同时具有对流、冲击及气膜冷却效果的双层壁高效冷却叶片)提高冷却效率已成为国内外涡轮叶片设计与制造者所追求的目标;另一方面,在叶片表面制备各种形式的热障涂层是解决目前发动机高温部件工作温度必不可少的措施之一,因此,热障涂层制备成为现阶段研究的一个热点问题。对于在高温热冲击环境中工作的热障涂层,热震性能是其主要技术指标之一。 它反映了热障涂层在加热和冷却的循环过程中, 抵抗温度突变并保持其结构完整性的能力,是对涂层物理性能、力学性能以及结构特性的综合评价。 提高热障涂层热震性能的主要方法有制备梯度热障涂层,制备纳米结构热障涂层及对等离子喷涂热障涂层进行激光重熔处理等等。

涂层的抗热震性能取决于涂层在热冲击条件下承受热应力的能力及涂层的强度。 对离子喷涂 YPSZ 热障涂层内部存在着孔隙和结合薄弱的层状结构,在热循环作用下,这些区域容易形成裂纹源, 热应力反复作用下, 界面水平裂纹会迅速扩展,导致涂层的剥落,表现为较差的热震性能。等离子喷涂常规 YPSZ 涂层的抗高温氧化性能要差于纳米 YPSZ 涂层, 在高温氧化过 (TGO)生长也较快,相应的在热震过程中 TGO 生长速度也会较快, 虽然 TGO 膜对于阻止过渡层的进一步氧化以及保护基体是很重要的,但过厚的 TGO会降低过渡层的结合力,从而加速导致涂层的剥落。热震试验的结果也表明, 等离子喷涂 YPSZ 涂层在经过相对较少数量(73 )的热震后就出现大面积的表面陶瓷涂层从结合层脱离而失效。等离子喷涂纳米团聚体粉末时,由于粉末比表面积大, 活性高而使其表面较易被加热熔融,粉末表面熔化程度较好,因此纳米颗粒撞击到基体或已沉积表面后变形剧烈, 平铺性明显要优于常规粉末。所以,纳米结构涂层与基材或过渡层的结合要好于常规等离子喷涂层, 表现为较高的结合强度。 良好的结合提高了纳米结构涂层抗结合层界面处产生水平开裂的能力, 从而也提高了纳米结构涂层的抗热震性能。

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