CMAS对热障涂层界面裂纹和残余应力的影响（英文）

来源期刊：稀有金属材料与工程2020年第9期

论文作者：郭盾 于庆民 岑吕

文章页码：2937 - 2947

关键词：热障涂层;CMAS;界面形貌;有限元方法;内聚力模型;

摘    要：随着航空发动机涡轮叶片工作温度的提升,一种主要由CaO,MgO,Al₂O₃和SiO₂组成的玻璃态物质（CMAS）对热障涂层的危害越来越严重,从而对热障涂层的性能和耐久性有了更高的要求。以电子束物理气相沉积热障涂层为研究对象,利用有限元方法研究了CMAS的渗入对界面裂纹扩展及陶瓷层（TC）内部残余应力的影响规律。采用波长固定、振幅变化的正弦曲线表示不同粗糙度的涂层界面,同时考虑了CMAS的弹性模量变化的影响及不同界面形貌与CMAS之间的相互作用。结果表明:CMAS弹性模量的增加对界面裂纹具有抑制作用,并且热生长氧化层（TGO）幅值和厚度越小,抑制作用越明显。CMAS弹性模量对TC层最大残余应力S₂₂的影响存在临界点,在临界点之前,CMAS弹性模量的变化对TC层最大残余应力的影响较大,随着CMAS弹性模量的增加,TC层最大残余应力大幅度减小;在临界点之后,TC层最大残余应力基本不受CMAS弹性模量变化的影响。这些结果对电子束物理气相沉积喷涂的热障涂层失效机理的研究具有重要意义,可以为热障涂层界面的优化提供指导。