热障涂层界面失效与氧化层应力演变的关联研究

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1、学校代码10530学号201110081277分类号TB35密级公开硕士学位论文热障涂层界面失效与氧化层应力演变的关联研究学位申请人周长春指导教师周益春教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向防护涂层制备与应用二零一四年五月万方数据ThecorrelationofresidualstressinTGOwithinterfacefailureofthermalbarriercoatingsCandidateChangchunZhouSupervisorProfessorYichunZhouCollegeFacultyofMaterials,Opto

2、electronicsandPhysicsProgramPreparationandApplicationofProtectiveCoatingsSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做

3、出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要热障涂层以其优良的隔热性能和抗氧化性能在高温热防护领域得到了广泛的应用，尤其是航空燃气轮机

4、内部的高温部件，热障涂层已经成为提高涡轮发动机温度的关键技术。但在实际服役环境中，热障涂层的复杂体系结构和恶劣的服役环境会导致热障涂层系统在使用过程中发生剥落失效，这极大限制了热障涂层的使用。应用先进的无损检测技术监测热障涂层的界面破坏过程并定量评估界面损伤已逐渐成为了其无损评价和寿命预测的重要手段。本文中，利用光激发荧光压电光谱(Photo-stimulatedluminescencepiezo-spectroscopy,简称PLPS)方法测量了高温热循环过程中不同热氧化阶段热障涂层TGO层的残余应力，并研究了热障涂层界面失效与氧化层(TGO)中应力演变的关系，主

5、要研究内容如下：第一，PLPS方法测量高温热循环过程中TGO层应力的演变规律，发现残余应力经历增加、稳定、在拐点处急剧减小、再缓慢减小四个阶段，应力PLPS方法能很好的测量出TGO内的残余应力。第二，根据实验得出TGO内残余应力与氧化层界面损伤演变的关联，结果表明通过TGO应力的变化可以推测出氧化层内损伤情况，氧化前期残余应力大，则氧化层内无缺陷；在应力开始快速减小的拐点处，样品TGO内开始产生界面裂纹；当应力减小到1GPa以下，样品内出现大的界面裂纹；应力减小到接近为零时，氧化层已经完全破坏，陶瓷层开始剥落。使用PLPS方法测量出TGO层应力的演变规律能很好的预测

6、界面裂纹的萌生、扩展的过程，从而评估出热障涂层的无损评价和预测其服役寿命。第三，通过统计TBCs氧化层应力出现拐点时样品对应的热循环次数，即TBCs界面剥落失效时的临界热循环次数，进行Weibull分布分析，结果显示，分散性因子m=4.12，表明临界热循环次数的分散性较大。特征循环次数N0=145次，对应累计概率P=61.32%，表示出现氧化层损伤的循环次数标准值，得到f热障涂层在热循环条件下界面损伤的可靠性评估，其分散性较大，表现出的可靠性能较差。关键词：热障涂层；PLPS技术；TGO；残余应力；界面失效I万方数据AbstractThermalbarriercoa

7、tings(TBCs)havebeenwidelyusedinthefieldofhightemperaturethermalprotection,especiallyaircraftturbineengineinternalhightemperaturepartsduetotheexcellentheatinsulationperformanceandoxidationresistance.TBCshasbecomeakeytechnologytoincreasethetemperatureoftheturbineengine.howeverintheactu