平头压痕试验确定热障涂层弹性模量方法研究.pdf

第 23 卷 　第 1 期 应 用 力 学 学 报 Vol . 23 　No . 1 2006 年 3 月 CHINESE JOURNAL OF APPL IED MECHANICS Mar . 2006 文章编号 (2006) 0 1007204 平头压痕试验确定热障涂层弹性模量的方法研究 许宝星 　李立州 　赵 　彬 　岳珠峰 ( 西北工业大学 　西安 　7 10072) ( ) 摘要 :本文模拟了典型热障涂层 TBC 结构在平头压痕作用下的力学响应 ,重点研究利用平头压痕 ( ) 法确定 TB C 涂层弹性模量的方法 。研究发现 k 单位压入应力下压头的压入位移 不仅与材料的 性质有关 ,还与压头的半径有关 。本文提出:通过两个不同尺寸的平压头可以同时确定陶瓷层和粘 结层的弹性模量 。 ( ) 关键词 :热障涂层 TBC ;平头压痕试验 ;弹性模量 ;有限元 中图分类号 : T G115 . 5 ;O348 . 3 　　　文献标识码 : 　A 影响 ,其涂层材料力学性质与块体有很大不同 ,另外 1 　引　言 还由于受试样尺寸的限制等 ,标准拉伸试验得到的 结果是不可靠的。作为局部方法的一种一一压痕 随着燃气轮机燃气温度的日益提高 , 由于受合 法 , 已经在测量材料的力学性质方面显示出了较好 金材料熔点的限制 ,进一步提高高温合金工作温度 的优越性[7 - 12 ] 。压痕法在测量热障涂层弹性模量 的潜力已十分有限。而相对于开发新型耐高温热合 方面的研究 , 国内外已进行了许多 。如 Kim 等[ 13 ] 金材料而言 ,致力于燃气轮机涡轮叶片的保护是非 利用 Knoop 压痕试验和三点弯曲试验测定了陶瓷 常经济的[ 1 ] 。这一点在对发动机的大推力 、高效率 、 层的弹性模量 。Duan 等[ 14 ] 研究了陶瓷层中的空隙 低油耗和长寿命的要求上体现的日益明显 。热障涂 以及厚度对弹性模量的影响 。Siebert 等[ 15 ] 还研究 ( ) 层 TB C 就是在这种背景下提出来的。它利用陶瓷 了涂层由于烧结等原因对测得的弹性模量的影响 。 层的低传导性和基本 自带的冷却系统 ,可以在陶瓷 在压痕试验中平头直角压头与其它形状的压头 [9 ,16 - 17 ] ) 层中产生较大的温度降 ,从而有效的降低金属部件 相比,有很多优点 :1 压入过程中接触面积保 的温度 ,提高高温合金的工作温度 。而内部的粘结 持不变 ;2) 低于某一施加的接触压力下 ,其加载和卸 层则可以改善陶瓷层与金属