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《热障涂层技术对于提高发动机热端关键部件服役温度的效果研究-毕业论》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、摘要 热障涂层（TBCs）是目前最先进的高温防护涂层之一,具有良好的高温化学稳定性、抗冲刷和隔热性等特点,可以使高温燃气和工作基体金属部件之间产生较大温度降,从而减弱向基底的传热.用于涡轮发动机叶片上的热障涂层可以提高叶片的工作温度,从而提高发动机的推重比和效率,同时也可以减轻冷却系统的负担,实现简化发动机结构和减轻发动机重量的目的.热障涂层系统是一种多层结构,一般包括基体、粘结层BC、陶瓷层和涂层制备和使用过程中在粘结层和陶瓷层界面上形成的氧化层TGO基体的材料一般是镍基或钴基高温合金,粘结层材料是MCrAlY(M表示Ni或/和Co),陶瓷层材料一般是6%～8%(质量分数)Y2O3部分稳定的
2、ZrO2(YSZ),TGO层的主要成分是Al2O3.经过国内外工作者几十年的研究表明,涂层的失效一般发生在TGO内或是靠近TGO的YSZ和粘结层内.在热障涂层的有限元分析研究中,国内外的不同学者在模型的建立中采用了不同的涂层结构尺寸和不同的无应力状态温度,由于TGO的存在和生长对涂层的失效具有重要的作用,所以在有限元分析中,涂层结构的不同主要集中在TGO的形状或者说是隔热陶瓷层与粘结层的界面上,有限元分析中普遍使用的TGO形状是正弦(余弦)曲线形式,这种简化主要是从实际的界面形状中演化出来,既体现了界面之间的不平整,又考虑了计算与分析的简化.通过有限元分析计算,可以获得涂层内部的应力分布状况，
3、从而指导研究者对涂层的破坏失效做出合理的分析研究.鉴于上述原因,本文采用正交设计分析方法,选取TGO和无应力状态温度作为研究对象,对用于涡轮发动机叶片上的热障涂层系统的TGO厚度、波长、幅值和无应力状态温度在室温状态(25℃)和高温工作状态下陶瓷层内热应力的影响进行了综合分析.利用有限元分析方法,采用Walker粘塑性材料本构模型计算了喷涂于圆管型试件上的热障涂层在室温和高温环境下的热应力.使用试验中常用的正交设计分析方法,分析了热障涂层不同的结构和喷涂工艺中的4种因素在取不同的水平条件时对热障涂层热应力的影响.分析结果表明:对于所考察的危险点,4种因素对热障涂层中热应力的产生都有显著影响,其
4、中以氧化层的厚度对其影响最为严重;4种因素随其各自水平的变化对涂层内部应力变化的影响规律不同.关键词：热障涂层；热应力；有限元分析方法AbstractThermalbarriercoatings(TBCs)iscurrentlyoneofthemostadvancedhightemperatureprotectivecoatinghasgoodcharacteristicssuchashighchemicalstability,insulatingresistancetoerosionandstays,canmakethejobhightemperaturegasandmatrixmetalp
5、artsbetweenthelargetemperaturedrop,anddecreasestothebaseofheattransfer.Forturbineenginebladeonthethermalbarriercoatingcanimprovetheworkingtemperatureofblade,soastoimprovethesagesratioandefficiencyoftheengine,butalsocanreducetheburdenofthecoolingsystem,achievethegoalofsimplifiedenginestructureandredu
6、cetheweight.Thermalbarriercoatingsystemisakindofmultilayerstructure,generallyincludingmatrix,BC,ceramiccoatinglayerandthebondinglayerintheprocessofpreparationanduseofthebondinglayerandceramiclayerformedontheinterfaceofoxidelayerTGOsubstratematerialisgenerallyhightemperaturenickelorcobaltbasealloy,bo
7、ndinglayermaterialisMCrAlY(MsaidNiand/orCo),ceramicmaterialiscommonly6%~8%(massfraction)Y2O3partialstabilityofZrO2(YSZ),mainlyofAl2O3TGOlayer.Afterworkersathomeandabroadfordecadesofresearchshowthatthe
