粘結層表面處理對熱障涂層殘余應力及熱沖擊壽命的影響

楊文慧 ， 孫 煒 ， 劉德林 ， 申造宇 ， 牟仁德 ,*

（1.中國航發北京航空材料研究院 航空材料先進腐蝕與防護航空科技重點實驗室，北京 100095；2.中國航發北京航空材料研究院，北京100095；3.航空工業失效分析中心，北京100095；4.航空材料檢測與評價北京市重點實驗室，北京100095；5.中國航空發動機集團材料檢測與評價重點實驗室，北京100095；6.材料檢測與評價航空科技重點實驗室，北京100095）

0 引言

熱障涂層是在國內外先進航空發動機中廣泛應用的一種高溫防護涂層，采用熱障涂層技術不僅能夠大幅度提高航空發動機工作溫度，并且可以提升葉片在高溫服役過程中的抗氧化和耐腐蝕等性能[1-2]。熱障涂層主要由陶瓷面層（Top Coating，TC）和金屬粘結層（Bond Coating，BC）組成。在高溫環境下，金屬粘結層中的Al 向外擴散，在陶瓷層和金屬粘結層之間形成一層致密的Al2O3氧化物，即熱生長氧化層（Thermally Grown Oxide，TGO）。一層厚度均勻，并且α-Al2O3相含量高的TGO 層能夠提高涂層抗氧化性能，延長熱障涂層的使用壽命。但同時，TGO 的生成使得粘結層與陶瓷層界面結構發生變化，大多數熱障涂層的失效均與TGO 的生長形貌和其內部應力的發展有密切關系。在涂層服役過程中，TGO 層內應力值可高達3～5 GPa，當這些區域的應力值超過其本身的強度，裂紋會率先在缺陷處萌生擴展，使涂層脫落失效[3-4]。研究表明，熱障涂層界面形貌是造成TGO層內應力變化的重要因素[5-6]。表面處理是改善界面微觀形貌的有效措施之一。通過表面處理手段改變涂層界面形貌，進而改變TGO 層應力水平，對TGO 層殘余應力的演化規律進行表征并與微觀形貌演變的關聯，能為熱障涂層壽命的提高及評估提供重要的依據。……