CMAS高温腐蚀EB-PVD热障涂层的应力场分析
作者单位：Key Laboratory of Key Film Materials & Application for Equipment(Hunan Province)School of Materials Science and EngineeringXiangtan University Key Laboratory of Low Dimensional Materials and Application Technology of Ministry of EducationSchool of Materials Science and EngineeringXiangtan University National Institute for Materials Science
会议名称：《第十四届全国物理力学学术会议》
会议日期：2016年
学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术]
关 键 词：热障涂层 CMAS腐蚀 热失配 渗流 扩散-反应 应力场
摘 要：热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)因具有抗腐蚀、高隔热的特性,作为一种高温防护涂层材料被广泛应用于航空发动机的涡轮叶片上。然而,随着发动机推重比的提高,热端部件的燃气温度不断升高,CMAs(CaO-MgO-AlO-SiO)高温腐蚀失效成为制约热障涂层使用寿命的关键问题之一。但是,到目前为止CMAS高温腐蚀热障涂层失效的力学机制还不清楚。我们根据CMAS腐蚀电子束物理气相沉积(Electron Beam-Physical Vapor Deposition,EB-PVD)热障涂层的实验现象,将CMAS的腐蚀机制分为3部分:热失配、渗流、扩散反应,分别建立了CMAS腐蚀热障涂层的热失配模型和渗流反应机制下的理论模型,同时引入相场理论建立了扩散反应机制下的理论模型,分析各应力场分布。结果显示:CMAS与热障涂层的热失配作用导致涂层内部产生很大的应力,环向拉应力导致热障涂层内的T型裂纹产生;相对于热失配和扩散反应作用,CMAS渗流引起的涂层应力很小,CMAS化学反应引起的x方向的最大压应力达-500MPa,涂层体应变约2.6%。