航空发动机用涂层残余应力的产生及测试方法

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1、专稿FEATURE航空发动机用涂层残余应力的产生及测试方法GenerationandMeasurementsofResidualStressesinCoatingforAeroengine袁福河 王少刚 李业欣中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 王　璐 张春刚目前，钻孔、剥离、曲率和X光衍射等传统的涂层宏观残余应力测试技术已在国外得到工程应用，而光激发荧光谱技术和显微喇曼光谱等新型的微区涂层残余应力测量技术在学术界得到应用。美国材料实验协会和金属协会热喷涂分会都制定了涂层残余应力测试标准。而我国只有科研院所进行了涂层残余应力研究，在企业界

2、却仍然没有开展涂层生产和服役中残余应力数据积累和研究方面的工作。袁福河[2]研究员级高级工程师，中航工业表MCrAlY和AlSiY抗氧化涂层的制造，强度、耐剥落以及硬度、耐磨、抗热面工程技术一级专家，从事航空发动机电子束物理气相沉积技术用于热障冲击、热循环疲劳等性能，导致涂层涂层喷涂和物理气相沉积涂层技术的工[3][4][5-6][7-8]涂层的生产。开裂、翘起、剥落和分层，因程应用开发，发表国内外论文30余篇。在制备涂层的材料熔融、沉积过此残余应力对涂层质量、使用性能、程中，由于粉末颗粒本身的淬火应涂层构件精度和尺寸稳定性等都有热喷涂是国内外航空发

3、动机公力、其对已沉积涂层的冲击应力以及重要影响，甚至导致涂层零件过早失司使用最广泛的一种涂层制备技术，涂层与基体材料在热-机械性能方效。主要被用于耐磨、抗氧化、抗腐蚀、可面差异造成的失配应变和热梯度效磨耗封严、热障、防粘接、抗微振磨应，某些情况下还有后续加工和服役形成涂层应力的影响因素损、阻燃以及零件尺寸修复涂层的生环境的作用，都会使涂层内不可避免理论认为当残余应力超过涂层产。物理气相沉积技术则用于发动地出现或大或小的残余应力。已有弹性极限时，拉伸应力会在垂直方向机热端涡轮工作叶片和导向叶片部研究表明，残余应力的大小和分布严导致涂层开裂；一定的压应力

4、对于件的优质高温防护涂层制备。在国重影响着涂层零件整个体系的主要金属涂层是有利的，因其能使涂层裂[1]内，空心阴极电弧离子镀技术被用于性能，如基体疲劳寿命、涂层结合纹闭合，改善疲劳性能，但压应力过8航空制造技术·2014年第8期专稿专稿FEATUREFEATURE大会导致涂层粘附性失效。在实际而解决了涂层弹性模量受各种喷涂反映厚度大于0.3mm涂层的各向异涂层生产中，残余应力的产生及其影参数的影响而比较难以准确测量的性。该技术测量手段简单，成本低，[13]响非常复杂。对于热喷涂涂层，其残问题。Gill和Clyne对曲率法做测量精度高，已成为一种标准测

5、试方余应力与喷涂气体流速、基体温度、了较大改进，其一是将摄像进行曲率法，并在工程实际中广泛采用。美国航空发动机用涂层残余应力的涂层/基体体系的温度梯度、涂层材远程监测的方法用于真空等离子喷ASTME837《钻孔应变仪测量残余料性能、送粉速率、零件尺寸和几何涂涂层的过程控制；其二是开发出应力》标准规定了残余应力测试方形状、夹具、冷却、喷枪相对于零件的数值计算程序，可以对不同曲率形状法、要求及其相应的钻孔程序。表面速率、走枪路径、涂层与基体厚产生的残余应力进行计算，并区分喷钻孔检测技术的缺点是被测涂产生及测试方法度、弹性模量、热膨胀系数、热导率等涂粉末颗

6、粒淬火应力和热膨胀系数层表面遭到钻孔破坏，且钻孔常引起[14]诸多因素密切相关。差异导致的失配应力。材料损伤和屈服，改变局部应力状[15]基体预处理、涂层后续加工及其曲率检测技术可以分为接触和态，另外涂层去除均匀困难，以至GenerationandMeasurementsofResidualStressesinCoatingforAeroengine[21]服役工况对残余应力也有很大影响。非接触2种方法。接触方法主要有于影响残余应力的测量效果。例如表面粗糙化预处理可以提高界应变仪和轮廓测定法，非接触方法主3　逐层剥离检测技术面结合强度，然而粗糙界面复

7、杂形要有光学、激光扫描、栅格和双晶衍该方法是先在方形试片上喷涂袁福河 王少刚 李业欣貌容易出现垂直于界面的残余拉应射拓扑法。应变仪法就是用电阻应涂层，然后对在涂层抛光剥离前、数中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 王　璐 张春刚力，导致涂层破裂和剥离[9-10]。精密变片测量喷涂前后试样的曲率变化，次剥离过程和剥离后的试样进行应磨削时，砂轮磨粒钝化导致小平面磨通过曲率变化计算涂层残余应力分变测量得到涂层的残余应力。美国钝，使磨粒产生垂直于涂层表面的作布及大小。将试样制备成窄条状，以金属学会（ASM）所属的热喷涂学会用力，该力和摩擦力同时对涂

8、层表面避免产生多轴向曲率和力学不稳定负责编制了《逐层剥离修正法评价目前，钻孔、剥离、曲率和X光衍射等传统的涂