热障涂层TGO 界面应力分布及裂纹扩展行为的研究进展

李帅，底月兰，王海斗，赵运才，王力

（1.江西理工大学 机电工程学院，江西 赣州 341000；2.陆军装甲兵学院 装备再制造技术国防科技重点试验室，北京 100072）

现代航空发动机要求热端部件具有在1340～1550 ℃甚至更高温度的复杂环境下正常工作的能力[1]，热端部件温度不断上升，单一的镍基高温合金和冷却气膜技术已经满足不了强度要求。热障涂层（Thermal barrier coatings，TBCs）以其优异的隔热、耐磨和耐蚀性而被广泛应用于航天航空发动机热端部件中，它能够提高发动机的热效率和延长涡轮叶片的使用寿命[2]｡热障涂层通常是由镍基高温合金、金属粘接层和陶瓷层三部分构成。其中陶瓷层（TC）是由氧化钇稳定的氧化锆组成，由于它的导热性相对较低，所以能在TBC 上产生较大的温差进而保护基体。金属粘接层（BC）起着抗腐蚀和抗氧化并提高界面结合强度的作用[3]。高温环境下，高温燃气中的氧通过陶瓷层扩散到粘接层，主要和粘接层中Al 元素反应生成一层致密的氧化铝，待粘接层中的Al 消耗完全后，与其他元素发生氧化，形成尖晶石、钇铝石榴石和其他氧化物[4]，最终在陶瓷层和粘接层界面形成一层相对较薄的热生长氧化物（TGO），持续氧化过程中，TGO层的厚度不断增加，最大可达到10 μm。在降温冷却过程中，由于TGO 层的热物性参数，如热导率、热膨胀系数、弹性模量等，与陶瓷层相差较大，易使TGO 层内部及其与陶瓷层之间的界面产生较大的应力集中，TGO 中的应力会随着厚度的增长和疲劳加载而累积，导致热障涂层表面产生裂纹及界面发生波纹型变化[5]。……