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1、第23卷第5期航空学报Vol123No152002年9月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICASep.2002文章编号:1000-6893(2002)05-0467-06梯度热障涂层的设计郭洪波,宫声凯,徐惠彬(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)DESIGNOFGRADIENTTHERMALBARRIERCOATINGSGUOHong-bo,GONGSheng-kai,XUHu-ibin(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUiniversity
2、ofAeronauticsandAstronautics,Beijing100083,China)摘要:采用电子束物理气相沉积方法(EB-PVD)制备了梯度热障涂层,其结构设计为NiCoCrAlY粘结层/Al2O3-YSZ过渡层/YSZ陶瓷层。YSZ陶瓷层的结构为柱状晶结构,Al2O3-YSZ梯度过渡层为梯度微孔结构。采用有限元方法对梯度热障涂层进行热应力分析,优化了Al2O3-YSZ梯度过渡层的组成。计算结果表明,梯度涂层的内应力显著降低,而且界面及其附近应力和应变变化较平缓。过渡层厚度的增加有利于降低涂层内应力和缓和涂层界面处的应力集中。关键词:热
3、障涂层;梯度涂层;电子束物理气相沉积;有限元;热传导+中图分类号:TB34;V261.933文献标识码:AAbstract:Gradientthermalbarriercoatings(GTBCs)werepreparedbyco-depositionofatabletofmixturesofA-lAl2O3-YSZandYSZontoNiCoCrAlYbondcoatbymeansofelectronbeamphysicalvapordeposition(EB-PVD).Itwasfoundthatthemicrostructuregradually
4、transferredfrommetallicbondcoattoYSZtopcoatandthecompositiondistributionchangedcontinuouslythroughthethicknessofthecoating.Thecoatingexhibitedagoodresistancenotonlytohightemperatureoxidationbutalsotocycliccorrosion.Afiniteelementmethodnumericalmodelwasem-ployedtostudythestresses
5、thatdevelopedinthecoatingascoolingfromastress-freestateathightemperature.TheresultsdemonstratethattheAl2O3-YSZgradedlayerintheGTBCprovidedalargereductioninthestressandstressgradient.Furthermore,thegradientlayeristhecruciallocationthatdeterminesthelifetimeofthegradientcoating.Add
6、itionally.theAl2O3-YSZcoatingexhibitedalowerthermalconductivitythantraditionalYSZcoating,whichwascausedbythemicro-porousmicrostructureinthecoatingandthevacanciesappearingintheZrO2lattice.Keywords:thermalbarriercoatings(TBCs);gradientcoatings;electronbeamphysicalvapordeposition(E
7、B-PVD);finiteelement;thermalconductivity热障涂层技术是实现高推比发动机的一项关优化设计。键技术。在热循环工作条件下早期剥落失效和寿1梯度热障涂层的结构设计命的不可靠性是当前热障涂层走向实用化所面临的最大的、最迫切需要解决的问题之一。梯度热111梯度热障涂层的宏观结构组成障涂层技术和电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备技术是解决这一问题的最有效的方法,因此也传统双层结构热障涂层由YSZ(YttriaStab-i是当前国际上热障涂层领域最前沿的研究方lizedZironia)陶瓷隔热层和金属粘结层组成。在[1~7]
8、热循环载荷下,涂层的失效往往主要由涂层的界向。本文根据传统双层结构热障涂层在热循环工面应力引起
