【摘 要】
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吸入发动机内部的大气灰尘(主要成分为Ca,Mg,Al,Si,简称CMAS),贴附在涡轮叶片表面的热障涂层上,高温下熔化并沿着孔隙裂纹渗入热障涂层。进一步,CMAS腐蚀涂层晶粒晶界,使涂层局部膨胀变形,增加涂层内应力,降低陶瓷层隔热性能及应变容限,使得热涂层产生了不容忽视的重大失效问题。为了加强热障涂层抗CMAS腐蚀的能力,必须加深涂层和CMAS腐蚀过程机理研究。本文分为三部分,第一部分理论推导CM
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吸入发动机内部的大气灰尘(主要成分为Ca,Mg,Al,Si,简称CMAS),贴附在涡轮叶片表面的热障涂层上,高温下熔化并沿着孔隙裂纹渗入热障涂层。进一步,CMAS腐蚀涂层晶粒晶界,使涂层局部膨胀变形,增加涂层内应力,降低陶瓷层隔热性能及应变容限,使得热涂层产生了不容忽视的重大失效问题。为了加强热障涂层抗CMAS腐蚀的能力,必须加深涂层和CMAS腐蚀过程机理研究。本文分为三部分,第一部分理论推导CMAS浓度的控制方程与应力应变本构关系。理论推导从热力学定律出发,定义CMAS浓度和表征涂层腐蚀变形能力的腐蚀膨胀系数,采用小变形理论和CMAS浓度守恒方程,推得CMAS浓度的控制方程和高温应力应变本构关系。其次,建立去基底热障涂层的二维模型,联系孔隙率定义边界条件,高温渗透270min,得到CMAS浓度渗透规律与涂层的变形规律以及不同腐蚀时间下残余孔隙随渗透深度的变化规律。第三部分,执行去基底热障涂层高温CMAS腐蚀实验,涂层表面涂覆CMAS粉末,通过测量涂层底部的隆起变形高度和弯曲角度分析涂层腐蚀变形随时间的变化规律。针对不同保温时间下的腐蚀样品,通过EDS测量不同渗透区域的CMAS元素原子百分比,计算CMAS浓度,得到不同保温时间下CMAS浓度随渗透深度的变化曲线。最后,实验测得的隆起变形高度和CMAS浓度随渗透深度变化曲线与模拟结果作对照,基本一致。
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通过分子动力学,研究了不同界面取向和重复层间距下界面对剪切载荷作用下Al/Cu纳米层状材料变形和失效的影响。界面取向在位错演化中起主导作用。界面应力影响影响纳米层状材料中位错的成核和扩展,Al/Cu纳米层状材料的屈服和失效主要受Al和Cu中位错演化的控制,特别地,当重复层间距小于12nm时,由于堆垛层错和位错之间的相互作用,Al(100)/Cu(100)纳米层状材料的剪切强度随着重复层间距的减小而
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