摘要
热障涂层作为一种耐高温、耐腐蚀的陶瓷防护材料，被广泛应用到航空发动机的高温部件，用来改善发动机的耐高温性能进而提高发动机的使用效率和使用寿命。剥落失效是制约热障涂层在高性能航空发动机安全应用的重要瓶颈，界面氧化是导致热障涂层剥落失效的第一大关键因素。在高温服役环境中，由于热障涂层界面氧化导致的TGO生长是诱发涂层剥落失效的主要原因之一。因此，准确预测热障涂层TGO的生长规律对理解热障涂层界面氧化失效至关重要。TGO的氧化生长改变了涂层体系的应力应变场，而目前由于对TGO的相关力学性能并不清楚，在分析涂层应力应变场的变化时不能有效的开展。所以为了解决这一关键问题，亟需对TGO的生长规律，微观形貌的演变规律以及TGO的力学性能进行深入的研究。基于此，本文的主要研究内容包括： 1、不同制备工艺的涂层和高温合金材料在高温下TGO的生长规律以及微观形貌的分析。通过对不同材料氧化后的结果进行分析，我们发现不同制备工艺的涂层以及高温合金材料中，电子束物理气相沉积技术制备的涂层具有最优的抗氧化性能，Fe基合金材料的抗氧化性能最差，但是Fe基合金材料在高温氧化过程表面生成的TGO均匀致密，不易剥落。 2、采用纳米压痕技术对TGO和氧化铝陶瓷材料的硬度、杨氏模量以及这些力学参量的尺度效应进行分析研究。通过实验发现，小尺度下表征TGO和氧化铝陶瓷材料的力学参量时存在较为明显的尺度效应，通过尺度效应分析发现TGO的本征杨氏模量为326.46GPa，本征硬度为13.58GPa左右，而氧化铝陶瓷的杨氏模量为360GPa，硬度为20GPa左右，从实验结果发现TGO的杨氏模量和硬度都要小于氧化铝陶瓷材料。 3、采用拉伸法结合数字图像相关技术对TGO的拉伸断裂强度进行表征。通过拉伸实验结果发现当应变达到0.25%时，TGO表面会出现明显的裂纹。除此之外，本文还采用X射线衍射仪的方法表征了TGO内部残余应力的大小，并通过简化的剪滞模型进行计算，最终得到TGO的拉伸断裂强度为0.682GPa左右。
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