TGO均匀生长及典型界面形貌特征对热障涂层残余应力的影响-论文.pdf

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1、第36卷／第2期／河北师范大学学报／自然科学版／Vo1．36No．22012年3月JOURNALOFHEBEINORMALUNIVERSITY／NaturalScienceEdition／Mar．2012TGO均匀生长及典型界面形貌特征对热障涂层残余应力的影响韩志勇，王欢，丁昆英，王志平(中国民航大学材料工艺技术研究所，天津300300)摘要：考虑到热障涂层中陶瓷层／粘结层界面间的热生长氧化物以及粘结层的表面形貌，模拟计算了热障涂层中锥形坑对热生长氧化层与陶瓷层、粘结层界面残余应力分布．计算结果表明，形貌单元尺寸及分布密度对热生长氧化物界面应力有明显的影响，热生长氧化物层与

2、陶瓷层界面的应力大于与粘结层界面的应力，在形貌中心处存在应力集中，并且达到最大值，形貌中心是涂层失效的危险点，其残余应力随着界面形貌单元数量的增加而减小．关键词：热障涂层；残余应力；界面形貌；热生长氧化物中图分类号：TG172．6文献标识码：A文章编号：1000．5854(2012)02—0155—04EffectOfTBCResidualStressesbVUniformGrowthofTGOandTypicalInterfaceTopographyHANZhiyong，WANGHuan，DINGKunying，WANGZhiping(InstituteofMateria

3、lTechnology，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)Abstract：UsingABAQUSsoftbyfiniteelementanalysismethod，theeffectofresidualstressesdistributionbygrowthofthermally—growthoxide(TGO)thatgrowsbetweenTGOandbondcoatinterfaceandconeinter-facetopographyofbondcoatinaTBCsystemwascalcula

4、ted．Thecalculatingresultshowsthattheresidualstressofthermally．growthoxideinterfaceisaffectedbyinterfacatopographyunitsizeandtopographydistributionden·sityobviously．ThestressbetweenTGOandtopceramiccoatinginterfaceisgreaterthanthestressbetweenTGOandbondcoatinterface．Stressconcentratesintopog

5、raphycenterandreachesthemaximalvalue．Thestressde—creaseswiththeincreaseoftopographyquantity．．Keywords：thermalbarriercoatings；residualstress；interfacetopography；TGO热障涂层是高温下被应用于热端部件表面的一种涂层，具有优越的耐高温、耐腐蚀、耐磨损和低导热等性能[卜引．典型的热障涂层结构由陶瓷层(TCC)、粘结层(BE)和金属基体组成．在实际工况下，陶瓷层和粘结层之间通常还会生成一层很薄的主要成分为Al2O3的热生长氧

6、化物(TGO)，TGO的形成可以起到热障涂层抗热腐蚀的作用．但是，在热循环过程中，由于TGO的成分以及形态的变化，导致TGO的界面产生很大的残余压应力，应力增加到一定程度就容易引起涂层剥落L4J，成为热障涂层失效的重要原因．这是热障涂层在应用中最急需解决的问题之一．热障涂层的失效原因非常复杂，如何解决和控制结合界面易开裂剥离是提高热障涂层寿命的主要研究方向．界面粗糙化可以提高界面的结合强度，是提高发动机中热障涂层寿命的有效措施．表面粗糙化有利于收稿日期：2011-07．03；修回日期：2011．11．07基金项目：国家自然科学基金(60879018)作者简介：韩志勇(197

7、0一)，男，河北石家庄人，副教授，博士，研究方向为材料表面性能分析及模拟计算·156·增强界面的机械结合力，促进界面结合强度的提高．然而，界面粗糙化的同时，也产生了可以使陶瓷层进一步裂纹和最后剥离的应力[．而残余应力的大小以及涂层的失效位置与涂层界面形态单元以及界面形貌分布相关．为了降低热障涂层的残余应力，提高涂层的热循环使用寿命，涂层界面形貌以及TGO生长与界面残余应力关系的研究具有重要意义．残余应力的研究与预测的实验研究相对复杂，随着计算机技术的发展，国内外关于涂层形貌与残余应力的模拟技术的研究较多，取得了不少