CMAS高温腐蚀热障涂层的力化耦合破坏机制研究

来源 :第十五届全国物理力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junhao1987
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  热障涂层是应用在航空发动机涡轮叶片等高温部件的关键热防护材料,随着发动机服役温度的进一步提升,高温CMAS(钙镁铝硅混合氧化物的熔融物)腐蚀已成为诱导涂层的最危险因素。高温CMAS渗透时,涂层会发生腐蚀反应、产生相变、产生应力等,且发生复杂的力、化耦合效应。本文建立了热障涂层CMAS腐蚀失效的力化耦合理论模型、数值求解与实验表征方法:首先定义了CMAS深入涂层的浓度,从热力学定律出发,基于平衡方程和守恒方程,推导了CMAS浓度的控制方程和高温应力应变本构关系。其次,基于COMSOL编程实现了涂层高温CMAS腐蚀过程中浓度演变、变形与应力应变场的求解,从理论上分析了热障涂层CMAS力化耦合的破坏过程与影响因素。与此同时,开展了涂层高温CMAS腐蚀时浓度、变形过程的实验表征研究,验证了理论预测结果。研究发现:当环境中CMAS含量高并大量覆盖涂层表面时,涂层将从CMAS覆盖区域的边缘剥落;当CMAS不足以覆盖涂层表面时,涂层将从CMAS覆盖区域的中心剥落。
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