本文關(guān)鍵詞：基于鉆孔法和數(shù)字圖像相關(guān)法熱障涂層材料殘余應(yīng)力測試

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【摘要】：航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求高的推重比和大的推動(dòng)力高,其中,重要手段之一是在葉片表面噴涂熱障涂層。但是,在涂層的制備過程中,受實(shí)驗(yàn)條件和材料參數(shù)的影響必然會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。涂層內(nèi)較大的殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致工件的變形甚至涂層的脫落。研究熱障涂層在制備過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,對(duì)于提高涂層服役壽命和可靠性具有重要的科研意義�；诖�,本文發(fā)展了一種用于多層結(jié)構(gòu)涂層體系殘余應(yīng)力場鉆孔法本構(gòu)模型,自主研制了一套基于數(shù)字圖像相關(guān)法的鉆孔實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng),分別對(duì)熱處理前后的熱障涂層樣品的殘余應(yīng)力場進(jìn)行了測試分析,同時(shí)與X射線衍射法、拉曼光譜法測試殘余應(yīng)力結(jié)果對(duì)比分析,驗(yàn)證本文的鉆孔法本構(gòu)模型和實(shí)驗(yàn)測試方法的可行性。相關(guān)主要工作歸納如下:第一,建立了多層結(jié)構(gòu)涂層體系殘余應(yīng)力場鉆孔法本構(gòu)模型�？紤]到多層結(jié)構(gòu)中各層材料參數(shù)的不同對(duì)應(yīng)力傳遞的影響,從假設(shè)微小層內(nèi)的殘余應(yīng)力是均勻分布入手,建立每層殘余應(yīng)力與鉆孔深度的關(guān)系,基于傳統(tǒng)單一塊體材料的鉆孔原理,通過矩陣和分步積分的方法,推導(dǎo)出多層結(jié)構(gòu)中每層的殘余應(yīng)力的表達(dá)式。通過數(shù)字圖像相關(guān)法得到三個(gè)方向的徑向應(yīng)變,就得到了每層的殘余應(yīng)力。該模型可作為后續(xù)章節(jié)殘余應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)。第二,利用自主設(shè)計(jì)組裝的鉆孔測試系統(tǒng)分別測試了不同條件等離子噴涂熱障涂層材料的平均殘余應(yīng)力。首先測量了不同厚度陶瓷層的等離子噴涂熱障涂層材料平均殘余應(yīng)力。結(jié)果表明:對(duì)于不同的樣品,隨著陶瓷層厚度的增加,樣品的殘余應(yīng)力逐漸減小。對(duì)于同一樣品,隨著鉆孔深度的逐步增加,涂層的平均殘余應(yīng)力先增加后減小,殘余應(yīng)力從200.49 MPa增加到226.88 MPa后減小到188.34 MPa;測量了不同熱處理等離子噴涂熱障涂層材料平均殘余應(yīng)力。結(jié)果表明:隨著熱處理時(shí)間的增加,涂層的平均殘余應(yīng)力先增加后減小,涂層的殘余應(yīng)力182.73 MPa增加到198.6 MPa減小到88.14MPa。同時(shí),分別采用X射線衍射法和微拉曼光譜法測試了原始樣品涂層表面10μm以內(nèi)的表面殘余應(yīng)力,測試結(jié)果基本與最小深度鉆孔法的測試結(jié)果一致。第三,利用自主設(shè)計(jì)組裝的鉆孔測試系統(tǒng)分別測試了不同條件下電子束物理氣相沉積熱障涂層材料平均殘余應(yīng)力。首先測量了熱處理前后電子束物理氣相沉積熱障涂層材料平均殘余應(yīng)力。結(jié)果表明;隨著深度的增加,涂層的平均殘余應(yīng)力先增加后減小,涂層的殘余應(yīng)力97.2 MPa增加到175.6 MPa減小到89.4 MPa;隨著熱處理時(shí)間的增加,涂層的平均殘余應(yīng)力先增加后減小,涂層的殘余應(yīng)力130.6增加到196.8MPa減小到97.2 MPa。另外,對(duì)電子束物理氣相沉積熱障涂層樣品進(jìn)行掃描,發(fā)現(xiàn)其顯微組織由許多彼此分離的柱狀晶體組成,且每個(gè)柱狀晶體又與底層牢固結(jié)合。研究結(jié)果為預(yù)測材料的性能和材料的制備提供了理論指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：熱障涂層 殘余應(yīng)力 鉆孔法 數(shù)字圖像相關(guān)法 微拉曼光譜法
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V250.2;V263
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 熱障涂層的研究10-11
• 1.2.1 熱障涂層的概念與結(jié)構(gòu)10
• 1.2.2 熱障涂層的制備方法10-11
• 1.2.3 熱障涂層的失效研究11
• 1.3 熱障涂層的研究現(xiàn)狀和失效檢測11-13
• 1.3.1 熱障涂層的殘余應(yīng)力的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 基于鉆孔法和數(shù)字圖像相關(guān)法熱障涂層材料殘余應(yīng)力測試12-13
• 1.4 本文選題依據(jù)和研究方法13-15
• 第2章 改進(jìn)的多層結(jié)構(gòu)體系殘余應(yīng)力場鉆孔法本構(gòu)模型15-19
• 2.1 多層結(jié)構(gòu)的鉆孔法公式推導(dǎo)15-18
• 2.2 本章小結(jié)18-19
• 第3章 等離子噴涂熱障涂層殘余應(yīng)力測試19-48
• 3.1 樣品的制備及處理19-20
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過程20
• 3.3 逐步鉆孔實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研制20-21
• 3.4 X射線衍射法的測試殘余應(yīng)力21-23
• 3.4.1 X射線衍射法的測試殘余應(yīng)力原理21-23
• 3.4.2 用sin~2Ψ法測試材料表面的殘余應(yīng)力23
• 3.5 拉曼光譜測試殘余應(yīng)力原理23-25
• 3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論25-47
• 3.6.1 原始等離子噴涂熱障涂層材料殘余應(yīng)力25-33
• 3.6.2 熱循環(huán)條件下等離子噴涂熱障涂層殘余應(yīng)力33-47
• 3.7 本章小結(jié)47-48
• 第4章 電子束物理氣相沉積熱障涂層殘余應(yīng)力測試分析48-56
• 4.1 實(shí)驗(yàn)樣品處理48-49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)測試方案49
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論49-55
• 4.3.1 EB-PVD熱障涂層樣品SEM圖49-50
• 4.3.2 電子束物理氣相沉積熱障涂層的殘余應(yīng)力50-53
• 4.3.3 XRD法測試EB-PVD熱障涂層的殘余應(yīng)力53-54
• 4.3.4 拉曼光譜測試殘余應(yīng)力的結(jié)果54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 總結(jié)和展望56-58
• 5.1 工作總結(jié)56-57
• 5.2 工作展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 致謝64-65
• 個(gè)人簡歷、攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號(hào)：542162