服役温度下(Gd 0.9 Yb 0.1 ) 2 Zr 2 O 7 涂层弯曲性能原位表征及有限元模拟分析

发布时间：2023-01-12 11:22

　　热障涂层因其优异的隔热性能和抗高温氧化性能已广泛应用在先进航空发动机的热端部件。如今国内外研究人员致力于发展满足＞1200°C的新型高温涂层（如稀土掺杂氧化锆和稀土锆酸盐等）。然而,由于涂层的高温失效与其力学性能的演变息息相关。因此,评价和表征服役环境下新型热障涂层材料高温力学性能对改进涂层材料配方、结构设计和制备工艺显得尤为关键。目前,缺少系统性地对(Gd_0.9Yb_0.1)₂Zr₂O₇（GYbZ）涂层体系高温力学性能的表征和断裂破坏的失效机理分析。本文首先采用等离子喷涂工艺,制备新型GYbZ涂层;然后运用纳米压痕技术表征涂层的弹性模量和硬度;其次,采用三点弯曲和单边切口梁法研究了服役温度范围内GYbZ涂层的力学性能,分析其演变规律和失效机理;最后,基于工业CT技术获取GYbZ涂层内部微观结构,建立含有缺陷的有限元网格模型,研究微缺陷对涂层材料力学性能的影响。工作内容如下:第一,采用纳米压痕技术和三点弯曲实验分别表征GYbZ涂层的弹性模量、硬度和断裂强度。结果表明:涂层横截面处... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
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第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 热障涂层概述
        1.2.1 热障涂层的研究与发展现状
        1.2.2 热障涂层的制备方法
        1.2.3 热障涂层的高温失效
    1.3 热障涂层的检测技术与发展
        1.3.1 热障涂层的失效检测
        1.3.2 数字图像相关法的原理与研究现状
        1.3.3 计算机断层扫描技术的发展与应用
        1.3.4 有限元方法的发展与应用
    1.4 本文选题依据和主要研究内容
第2章 GYbZ涂层高温弹性模量及断裂强度测试分析
    2.1 弹性模量的测试方法
    2.2 实验样品的制备
        2.2.1 纳米压痕试样的制备
        2.2.2 三点弯曲试样的制备
    2.3 实验测试方案
        2.3.1 纳米压痕测试过程
        2.3.2 高温三点弯曲测试过程
        2.3.3 力学性能计算公式
    2.4 实验结果及分析
        2.4.1 常温纳米压痕测试分析
        2.4.2 高温涂层物相和微观结构分析
        2.4.3 高温三点弯曲力学参数分析
    2.5 本章小结
第3章 GYbZ涂层高温断裂韧性及断裂能测试分析
    3.1 断裂韧性和断裂能测试原理
    3.2 单边切口梁试样的制备
    3.3 实验测试方案
        3.3.1 单边切口梁测试过程
        3.3.2 单边切口梁解析公式
    3.4 扩展有限元分析
    3.5 实验结果及分析
        3.5.1 单边切口梁断口形貌
        3.5.2 单边切口梁实验表征断裂韧性
    3.6 扩展有限元评估能量释放率
    3.7 本章小结
第4章 三维重构有限元模型研究GYbZ涂层断裂失效
    4.1 Micro-CT与几何重构
    4.2 实验过程及方法
        4.2.1 GYbZ涂层制备
        4.2.2 三点弯曲测试
    4.3 含有缺陷的有限元模型重构
        4.3.1 X射线计算机断层扫描
        4.3.2 图像处理
        4.3.3 三维几何重构
    4.4 结果分析与讨论
        4.4.1 GYbZ涂层表面形貌分析
        4.4.2 GYbZ涂层弯曲断裂测试
        4.4.3 GYbZ涂层开裂应变评估
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
附录A:个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：3729859