带热障涂层钛合金的蠕变性能
发布时间：2022-01-19 23:44
以提高钛合金的抗蠕变性能为目的,在TA32钛合金基体上制备由NiCrAlY黏接层（BC）与氧化钇稳定二氧化锆陶瓷层（TC）组成的热障涂层（TBCs）,对带TBCs钛合金抗蠕变性能进行实验与数值模拟研究。结果表明:TA32与TBCs的蠕变速率相差较大,在高温拉伸时TC会对BC和基体的蠕变变形产生明显的约束效应,且TBCs中BC承受的轴向拉伸应力较大。在400℃和600℃实验温度下,TBCs可将TA32的抗蠕变性能分别提升5.6%与17.5%,但当实验温度达到600℃、拉伸应力达到200 MPa时,TC发生了严重的开裂与剥落。
【文章来源】：航空动力学报. 2020,35(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
带TBCs钛合金样品截面形貌
图1 带TBCs钛合金样品截面形貌比较喷涂态与高温蠕变实验后试样的表面形貌,如图2所示。可以看出,θ=600 ℃、σ=200 MPa下试样表面TC环状断裂剥落严重,而底部的BC没有脱落但存在明显的环状裂纹,这说明在蠕变过程中TC/BC界面容易失效。600 ℃、其他拉伸应力下涂层保持了结构的完整性,未发生剥落失效。而在400 ℃测试温度下,所有拉伸应力下的试样涂层均保持了良好的结构完整性,表面无明显裂纹且未发生剥落失效。
比较喷涂态与高温蠕变实验后试样的表面形貌,如图2所示。可以看出,θ=600 ℃、σ=200 MPa下试样表面TC环状断裂剥落严重,而底部的BC没有脱落但存在明显的环状裂纹,这说明在蠕变过程中TC/BC界面容易失效。600 ℃、其他拉伸应力下涂层保持了结构的完整性,未发生剥落失效。而在400 ℃测试温度下,所有拉伸应力下的试样涂层均保持了良好的结构完整性,表面无明显裂纹且未发生剥落失效。400 ℃与600 ℃下的蠕变曲线如图3所示。从图3可以看出,在初始蠕变阶段,试样的应变量增加较快,应变速率逐渐减小并进入时间较长的稳态蠕变阶段。蠕变实验的温度和拉伸应力是影响材料蠕变行为的两大因素:同一温度下,随着拉伸应力的提高,蠕变速率增大,蠕变变形量亦随之增大。对比同一温度、同一拉伸应力水平下带TBCs试样和无TBCs参比试样的蠕变曲线可以发现:无TBCs参比试样的稳态蠕变速率和蠕变变形量均高于带TBCs试样。这是由于TBCs中TC的蠕变速率和应变容限远低于BC和TA32基体,在蠕变伸长的过程中TC会对BC和TA32基体产生轴向和径向约束,阻碍其进一步变形,导致整体蠕变速率降低、蠕变性能提升。当BC和TA32基体蠕变变形量超过TC所能承受的应变极限时,TC/BC界面处的微裂纹便会沿着轴向和径向扩展进而贯穿TBCs[3],最终导致TC开裂脱落,BC出现明显的裂纹(如图2(c)所示)。
【参考文献】：
期刊论文
[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]飞机钛合金整体壁板的设计与制造[J]. 张震. 新技术新工艺. 2014(08)
[3]热障涂层界面微区域热蠕变应力演化分析[J]. 徐颖强,张一弛,孙戬,段辰宸,史祖衡. 固体力学学报. 2014(04)
[4]SA-210C钢高温单轴蠕变Norton方程参数研究[J]. 郑相锋,李文彬,范辉,杨保荣,王志国. 河北电力技术. 2014(01)
[5]大型整体壁板成形技术[J]. 曾元松,黄遐. 航空学报. 2008(03)
[6]平头压痕试验结合有限元法确定材料蠕变参数[J]. 刘勇俊,赵彬,许宝星,岳珠峰. 稀有金属材料与工程. 2007(12)
[7]在高温蠕变环境中的热障涂层失效行为[J]. 高永栓,陈立强,宫声凯,徐惠彬. 航空学报. 2005(01)
硕士论文
[1]TA32钛合金高温变形及动态力学行为的研究[D]. 龚宗辉.南京航空航天大学 2018
[2]原位自生SiO2/Al2O3（P）/Al基复合材料高温蠕变行为的研究[D]. 陈纪银.华南理工大学 2016
[3]钢材高温蠕变性能试验研究[D]. 闫守海.重庆大学 2015
[4]沥青混凝土路面结构蠕变损伤研究[D]. 牛海涛.西安建筑科技大学 2015
[5]钛合金的蠕变行为研究[D]. 汪军.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3597792
【文章来源】：航空动力学报. 2020,35(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
带TBCs钛合金样品截面形貌
图1 带TBCs钛合金样品截面形貌比较喷涂态与高温蠕变实验后试样的表面形貌,如图2所示。可以看出,θ=600 ℃、σ=200 MPa下试样表面TC环状断裂剥落严重,而底部的BC没有脱落但存在明显的环状裂纹,这说明在蠕变过程中TC/BC界面容易失效。600 ℃、其他拉伸应力下涂层保持了结构的完整性,未发生剥落失效。而在400 ℃测试温度下,所有拉伸应力下的试样涂层均保持了良好的结构完整性,表面无明显裂纹且未发生剥落失效。
比较喷涂态与高温蠕变实验后试样的表面形貌,如图2所示。可以看出,θ=600 ℃、σ=200 MPa下试样表面TC环状断裂剥落严重,而底部的BC没有脱落但存在明显的环状裂纹,这说明在蠕变过程中TC/BC界面容易失效。600 ℃、其他拉伸应力下涂层保持了结构的完整性,未发生剥落失效。而在400 ℃测试温度下,所有拉伸应力下的试样涂层均保持了良好的结构完整性,表面无明显裂纹且未发生剥落失效。400 ℃与600 ℃下的蠕变曲线如图3所示。从图3可以看出,在初始蠕变阶段,试样的应变量增加较快,应变速率逐渐减小并进入时间较长的稳态蠕变阶段。蠕变实验的温度和拉伸应力是影响材料蠕变行为的两大因素:同一温度下,随着拉伸应力的提高,蠕变速率增大,蠕变变形量亦随之增大。对比同一温度、同一拉伸应力水平下带TBCs试样和无TBCs参比试样的蠕变曲线可以发现:无TBCs参比试样的稳态蠕变速率和蠕变变形量均高于带TBCs试样。这是由于TBCs中TC的蠕变速率和应变容限远低于BC和TA32基体,在蠕变伸长的过程中TC会对BC和TA32基体产生轴向和径向约束,阻碍其进一步变形,导致整体蠕变速率降低、蠕变性能提升。当BC和TA32基体蠕变变形量超过TC所能承受的应变极限时,TC/BC界面处的微裂纹便会沿着轴向和径向扩展进而贯穿TBCs[3],最终导致TC开裂脱落,BC出现明显的裂纹(如图2(c)所示)。
【参考文献】：
期刊论文
[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)
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[3]热障涂层界面微区域热蠕变应力演化分析[J]. 徐颖强,张一弛,孙戬,段辰宸,史祖衡. 固体力学学报. 2014(04)
[4]SA-210C钢高温单轴蠕变Norton方程参数研究[J]. 郑相锋,李文彬,范辉,杨保荣,王志国. 河北电力技术. 2014(01)
[5]大型整体壁板成形技术[J]. 曾元松,黄遐. 航空学报. 2008(03)
[6]平头压痕试验结合有限元法确定材料蠕变参数[J]. 刘勇俊,赵彬,许宝星,岳珠峰. 稀有金属材料与工程. 2007(12)
[7]在高温蠕变环境中的热障涂层失效行为[J]. 高永栓,陈立强,宫声凯,徐惠彬. 航空学报. 2005(01)
硕士论文
[1]TA32钛合金高温变形及动态力学行为的研究[D]. 龚宗辉.南京航空航天大学 2018
[2]原位自生SiO2/Al2O3（P）/Al基复合材料高温蠕变行为的研究[D]. 陈纪银.华南理工大学 2016
[3]钢材高温蠕变性能试验研究[D]. 闫守海.重庆大学 2015
[4]沥青混凝土路面结构蠕变损伤研究[D]. 牛海涛.西安建筑科技大学 2015
[5]钛合金的蠕变行为研究[D]. 汪军.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3597792
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