以提高鈦合金的抗蠕變性能為目的,在TA32鈦合金基體上制備由NiCrAlY黏接層（BC）與氧化釔穩(wěn)定二氧化鋯陶瓷層（TC）組成的熱障涂層（TBCs）,對帶TBCs鈦合金抗蠕變性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明:TA32與TBCs的蠕變速率相差較大,在高溫拉伸時(shí)TC會對BC和基體的蠕變變形產(chǎn)生明顯的約束效應(yīng),且TBCs中BC承受的軸向拉伸應(yīng)力較大。在400℃和600℃實(shí)驗(yàn)溫度下,TBCs可將TA32的抗蠕變性能分別提升5.6%與17.5%,但當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度達(dá)到600℃、拉伸應(yīng)力達(dá)到200 MPa時(shí),TC發(fā)生了嚴(yán)重的開裂與剝落。 

【文章來源】：航空動力學(xué)報(bào). 2020,35(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

帶TBCs鈦合金樣品截面形貌

圖1 帶TBCs鈦合金樣品截面形貌比較噴涂態(tài)與高溫蠕變實(shí)驗(yàn)后試樣的表面形貌,如圖2所示�？梢钥闯�,θ=600 ℃、σ=200 MPa下試樣表面TC環(huán)狀斷裂剝落嚴(yán)重,而底部的BC沒有脫落但存在明顯的環(huán)狀裂紋,這說明在蠕變過程中TC/BC界面容易失效。600 ℃、其他拉伸應(yīng)力下涂層保持了結(jié)構(gòu)的完整性,未發(fā)生剝落失效。而在400 ℃測試溫度下,所有拉伸應(yīng)力下的試樣涂層均保持了良好的結(jié)構(gòu)完整性,表面無明顯裂紋且未發(fā)生剝落失效。

比較噴涂態(tài)與高溫蠕變實(shí)驗(yàn)后試樣的表面形貌,如圖2所示。可以看出,θ=600 ℃、σ=200 MPa下試樣表面TC環(huán)狀斷裂剝落嚴(yán)重,而底部的BC沒有脫落但存在明顯的環(huán)狀裂紋,這說明在蠕變過程中TC/BC界面容易失效。600 ℃、其他拉伸應(yīng)力下涂層保持了結(jié)構(gòu)的完整性,未發(fā)生剝落失效。而在400 ℃測試溫度下,所有拉伸應(yīng)力下的試樣涂層均保持了良好的結(jié)構(gòu)完整性,表面無明顯裂紋且未發(fā)生剝落失效。400 ℃與600 ℃下的蠕變曲線如圖3所示。從圖3可以看出,在初始蠕變階段,試樣的應(yīng)變量增加較快,應(yīng)變速率逐漸減小并進(jìn)入時(shí)間較長的穩(wěn)態(tài)蠕變階段。蠕變實(shí)驗(yàn)的溫度和拉伸應(yīng)力是影響材料蠕變行為的兩大因素:同一溫度下,隨著拉伸應(yīng)力的提高,蠕變速率增大,蠕變變形量亦隨之增大。對比同一溫度、同一拉伸應(yīng)力水平下帶TBCs試樣和無TBCs參比試樣的蠕變曲線可以發(fā)現(xiàn):無TBCs參比試樣的穩(wěn)態(tài)蠕變速率和蠕變變形量均高于帶TBCs試樣。這是由于TBCs中TC的蠕變速率和應(yīng)變?nèi)菹捱h(yuǎn)低于BC和TA32基體,在蠕變伸長的過程中TC會對BC和TA32基體產(chǎn)生軸向和徑向約束,阻礙其進(jìn)一步變形,導(dǎo)致整體蠕變速率降低、蠕變性能提升。當(dāng)BC和TA32基體蠕變變形量超過TC所能承受的應(yīng)變極限時(shí),TC/BC界面處的微裂紋便會沿著軸向和徑向擴(kuò)展進(jìn)而貫穿TBCs[3],最終導(dǎo)致TC開裂脫落,BC出現(xiàn)明顯的裂紋(如圖2(c)所示)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Simulation of residual stresses and their effects on thermal barrier coating systems using finite element method[J]. ZHU JianGuo,CHEN Wei,XIE HuiMin.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(03)
[2]飛機(jī)鈦合金整體壁板的設(shè)計(jì)與制造[J]. 張震.  新技術(shù)新工藝. 2014(08)
[3]熱障涂層界面微區(qū)域熱蠕變應(yīng)力演化分析[J]. 徐穎強(qiáng),張一弛,孫戩,段辰宸,史祖衡.  固體力學(xué)學(xué)報(bào). 2014(04)
[4]SA-210C鋼高溫單軸蠕變Norton方程參數(shù)研究[J]. 鄭相鋒,李文彬,范輝,楊保榮,王志國.  河北電力技術(shù). 2014(01)
[5]大型整體壁板成形技術(shù)[J]. 曾元松,黃遐.  航空學(xué)報(bào). 2008(03)
[6]平頭壓痕試驗(yàn)結(jié)合有限元法確定材料蠕變參數(shù)[J]. 劉勇俊,趙彬,許寶星,岳珠峰.  稀有金屬材料與工程. 2007(12)
[7]在高溫蠕變環(huán)境中的熱障涂層失效行為[J]. 高永栓,陳立強(qiáng),宮聲凱,徐惠彬.  航空學(xué)報(bào). 2005(01)

碩士論文
[1]TA32鈦合金高溫變形及動態(tài)力學(xué)行為的研究[D]. 龔宗輝.南京航空航天大學(xué) 2018
[2]原位自生SiO2/Al2O3（P）/Al基復(fù)合材料高溫蠕變行為的研究[D]. 陳紀(jì)銀.華南理工大學(xué) 2016
[3]鋼材高溫蠕變性能試驗(yàn)研究[D]. 閆守海.重慶大學(xué) 2015
[4]瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)蠕變損傷研究[D]. 牛海濤.西安建筑科技大學(xué) 2015
[5]鈦合金的蠕變行為研究[D]. 汪軍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008



本文編號：3597792