热机械疲劳条件下基于不同模型的热障涂层TGO皱褶行为模拟研究
发布时间：2021-03-23 06:17
热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCs）被广泛应用于航空发动机热端部件的热防护,有效的提高了部件的工作温度和效率,延长了热端部件的使用寿命。典型的热障涂层系统包括陶瓷层（TBC）、热致生长氧化物层（TGO）、粘结层（BC）和高温合金（SUB）。热生长氧化物层会随着热障涂层的服役不断发生几何形貌和化学成分的演变,对热障涂层内部应力和使用寿命有着十分重大的影响。本文在三维建模软件SOLIDWORKS中建立了包括TGO、BC和SUB的热障涂层系统的二维和三维模型,基于商用有限元软件ABAQUS,开发了能够模拟TGO生长的子程序。在二维模型中研究了材料参数、计算方法、机械载荷、热机械相位角对热障涂层TGO皱褶的影响;在三维模型中研究了材料参数、机械载荷对TGO皱褶的影响。对比分析二维、三维有限元计算模型和多层连续体解析解模型结果,探明多层连续体力学解析解的适用范围。论文的主要结论如下:（1）在广义平面应变条件下计算得到的二维有限元结果与三维有限元结果相近。（2）当BC层在1423.5K时的热膨胀系数αBC=2.1×10-5
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机中使用热障涂层的热端部件[10]
所示[8]，典型的热障涂层包括四个部分：金属基体(SUB, SCoat)、热致生长氧化物层(TGO, Thermally Grown Oxide)、十世纪四五十年代，热障涂层的概念就已经被提出用于保护[11-13]。最早的热障涂层就是一层简单的陶瓷层，这种陶瓷层会开发的熔釉材料[11, 14]，这种技术在五十年代被用在航空发代热障涂层体系的开端是在七十年代中期，NASA 路易斯研喷涂制备的 ZrO2-Y2O3多孔陶瓷层和等离子喷涂制备的 N层[15]。紧接着在 70 年代末期，普惠公司开发了电子束物理]，大幅度的提高了热障涂层的使用寿命。经过几十年发展，为了适应不同工作环境要求，热障涂层的种类也越来越多样械循环条件下工作的燃气轮机（航空发动机），经常使用结层和电子束物理气相沉积制备陶瓷层组成的 TBCs；而对的热机械循环条件下工作的燃气轮机（发电机设备），经常使子喷涂制备的陶瓷层构成的 TBCs。下文将从制备方法、各成详细介绍 TBCs。
阻止氧元素向内部扩散造成金属基体的氧化；其和陶瓷层之间，粘结层的存在可以提高陶瓷层和系数不同产生的热应力。目前存在 MCrAlY 和 结层，Al 元素都是一种必要的元素，因为 Al 的石相的形成[21, 22]。如图 1-3 所示[23]，从热力学的 Al2O3的形成，抑制尖晶石相的 NiAl2O4和 NiONi 或者 Ni 和 Co，这种粘结层主要由低压等离子和金属基体有着明显的界线，其中 Y 元素的存结合强度[23]。Pt(Ni)Al 粘结层是通过在 Ni 基合化学气相沉积法沉积一层金属铝，在扩散的作用和金属基体有较好的化学相容性、较高的蠕变强提高了抗氧化性能以及粘结层和氧化物层的结合l 元素会向陶瓷层和金属基体层扩散，与此同时金粘结层扩散[28-30]。所以，随着暴露在高温下的时会发生一些变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展[J]. 牟仁德,陆峰,何利民,贺世美,黄光宏. 热喷涂技术. 2009(01)
[2]大气等离子喷涂的YSZ纳米热障涂层的微观结构[J]. 张玉娟,孙晓峰,金涛,赵乃仁,管恒荣,胡壮麒. 金属学报. 2003(04)
[3]电子束物理气相沉积热障涂层的研究[J]. 徐惠彬,宫声凯,陶冶,刘福顺,周春根. 航空制造工程. 1995(11)
本文编号：3095308
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机中使用热障涂层的热端部件[10]
所示[8]，典型的热障涂层包括四个部分：金属基体(SUB, SCoat)、热致生长氧化物层(TGO, Thermally Grown Oxide)、十世纪四五十年代，热障涂层的概念就已经被提出用于保护[11-13]。最早的热障涂层就是一层简单的陶瓷层，这种陶瓷层会开发的熔釉材料[11, 14]，这种技术在五十年代被用在航空发代热障涂层体系的开端是在七十年代中期，NASA 路易斯研喷涂制备的 ZrO2-Y2O3多孔陶瓷层和等离子喷涂制备的 N层[15]。紧接着在 70 年代末期，普惠公司开发了电子束物理]，大幅度的提高了热障涂层的使用寿命。经过几十年发展，为了适应不同工作环境要求，热障涂层的种类也越来越多样械循环条件下工作的燃气轮机（航空发动机），经常使用结层和电子束物理气相沉积制备陶瓷层组成的 TBCs；而对的热机械循环条件下工作的燃气轮机（发电机设备），经常使子喷涂制备的陶瓷层构成的 TBCs。下文将从制备方法、各成详细介绍 TBCs。
阻止氧元素向内部扩散造成金属基体的氧化；其和陶瓷层之间，粘结层的存在可以提高陶瓷层和系数不同产生的热应力。目前存在 MCrAlY 和 结层，Al 元素都是一种必要的元素，因为 Al 的石相的形成[21, 22]。如图 1-3 所示[23]，从热力学的 Al2O3的形成，抑制尖晶石相的 NiAl2O4和 NiONi 或者 Ni 和 Co，这种粘结层主要由低压等离子和金属基体有着明显的界线，其中 Y 元素的存结合强度[23]。Pt(Ni)Al 粘结层是通过在 Ni 基合化学气相沉积法沉积一层金属铝，在扩散的作用和金属基体有较好的化学相容性、较高的蠕变强提高了抗氧化性能以及粘结层和氧化物层的结合l 元素会向陶瓷层和金属基体层扩散，与此同时金粘结层扩散[28-30]。所以，随着暴露在高温下的时会发生一些变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]热障涂层技术在航空发动机上的应用与发展[J]. 牟仁德,陆峰,何利民,贺世美,黄光宏. 热喷涂技术. 2009(01)
[2]大气等离子喷涂的YSZ纳米热障涂层的微观结构[J]. 张玉娟,孙晓峰,金涛,赵乃仁,管恒荣,胡壮麒. 金属学报. 2003(04)
[3]电子束物理气相沉积热障涂层的研究[J]. 徐惠彬,宫声凯,陶冶,刘福顺,周春根. 航空制造工程. 1995(11)
本文编号：3095308
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