含抗氧化夹层热障涂层界面应力特性的研究.pdf
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JournalofMechanicalStrength2009,31(4):685688研究简报含抗氧化夹层热障涂层界面应力特性的研究INVESTIGATIONOFINTERFACIALSTRESSINTHERMALBARRIERCOATINGSWITHOXIDATIONRESISTANCEINTERLAYER徐颖强汪震隆李剑锋(西北工业大学机电学院,西安710072)XUYingQiangWANGZhenLongLIJianFeng(SchoolofMechanical&ElectronicEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xian710072,China)摘要通过喷涂等工艺技术,在热障涂层粘结层和陶瓷层之间预制Al2O3夹层,能有效抑制热障涂层高温不规则氧化生长及其所导致的失效。但是,预制的Al2O3夹层又会导致热障涂层界面应力场重新分布。文中针对热障涂层界面三维形貌特征,利用弹性理论中的空心球模型,考虑陶瓷层(ZrO2层)、夹层(Al2O3层)、氧化层(thermallygrownoxide,TGO)及粘结层(bondcoat,BC),建立三维四层球模型的理论分析,并推演出相应的应力解析式。文中通过凹凸两种界面形貌下抗氧化夹层的算例分析,表明以上分析方法能有效模拟夹层对热障涂层界面应力分布规律的影响。关键词热障涂层抗氧化夹层四层球模型解析式中图分类号TG174.4TH123.4AbstractPlasmasprayedAl2O3interlayerwasprefabricatedbetweenthebondcoatandtopcoatinthermalbarriercoatings.Itcanpreventoxygenpenetrationthroughtheinterconnectedporosityinthetopcoat,sothattheTGO(thermallygrownoxide)growthandthefailurecanbesuppressed.But,prefabricatedAl2O3interlayerwillresultininterfacialstressredistributing.Basingonthreedimensionalshapeofthermalbarriercoatings,usingelasticspheremodel,consideringtopcoat,interlayer,TGOandbondcoat,havedevelopedafourconcentricspheremodelofthreedimensional,andproducedtherelevantanalyticalmodel.Theanalysisofantioxidationlayerfortheconcaveandconvexasperity,indicatethatthemethodcansimulatetheeffectofinterlayerontheinterfacialmicrostructuresstressdistributingofthermalbarriercoatings.KeywordsThethermalbarriercoatings;Antioxidationinterlayer;Fourconcentricspheresmodel;AnalyticalmodelingCorrespondingauthor:XUYingQiang,Email:xuyngqng@nwpu.edu.cn,Fax:+862988493928TheprojectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.10672134).Manuscriptreceived20070810,inrevisedform20071227.有分析含Al2O3夹层情形下的界面应力特性。文献[21引言3]针对Al2O3夹层采用四层圆筒模型进行界面应力分热障涂层在高温条件下发生不规则氧化生长,氧析,但只是从二维的角度分析,不能体现涂层界面形貌化生长层到一定厚度产生很大的残余应力,导致涂层的三维特征。文献[4]15711587则从三维界面形貌提出半失效。由于Al2O3致密性好、氧扩散率低(1000时其球模型,研究热障涂层的热循环不稳定性,但没给出-212扩散率为10ms),所以Al2O3被考虑应用到热障涂计算界面应力的具体解析式。本文