熱障涂層沖蝕行為的評價

熱障涂層(TBCs)是一種先進(jìn)的材料，在許多與高溫有關(guān)的領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。熱障涂層的作用是隔離暴露在持續(xù)高熱流中的部件。

 圖1 燃?xì)廨啓C(jī)

這些涂層主要應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)和航空航天領(lǐng)域，其任務(wù)是保護(hù)高溫合金基體免受溫度相關(guān)的損傷和固體顆粒帶來的侵蝕。

圖2熱障涂層(TBCs)保護(hù)基合金免受熱和侵蝕

利用Ducom空氣射流沖蝕試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行高溫沖蝕試驗(yàn)，可以對熱障涂層的性能進(jìn)行評價。Ducom氣流噴砂沖蝕試驗(yàn)機(jī)是一種獨(dú)特的儀器，能夠測試在侵蝕下的大塊材料和涂層。它的性能范圍從對樣品進(jìn)行嚴(yán)格控制的溫和侵蝕，到現(xiàn)場看到的一些最嚴(yán)酷的侵蝕條件，顆粒流動高達(dá)100米/秒和10克/分鐘，在高達(dá)1000℃或更高的溫度。

它可以繪制特定涂層的特征曲線，并將其與已知涂層的曲線進(jìn)行比較。影響涂層沖蝕行為的主要因素是涂層的粒徑和速度、沖擊角和涂層的微觀組織。

熱障涂層通常呈柱狀組織，這有利于涂層的抗裂紋擴(kuò)展和應(yīng)變能力。如下圖所示，熱障涂層柱半徑與侵蝕程度成正比關(guān)系。

侵蝕與顆粒速度的關(guān)系也有類似的趨勢，前者與后者呈指數(shù)關(guān)系。因此，精確控制顆粒速度對于精確評估其對先進(jìn)材料侵蝕行為的影響至關(guān)重要。

粒徑對侵蝕的影響更為復(fù)雜。如果顆粒尺寸較低，橫向裂紋主導(dǎo)磨損行為，沖蝕遵循顆粒尺寸的近指數(shù)依賴關(guān)系。隨著顆粒尺寸的增大，壓實(shí)變形成為主導(dǎo)，顆粒尺寸增大導(dǎo)致侵蝕增加的速率較低。當(dāng)較大的顆粒沖擊涂層時，會發(fā)生大的塑性變形;隨后的侵蝕與顆粒大小成正比，但比例系數(shù)更低，導(dǎo)致侵蝕與顆粒大小之間總體呈s形關(guān)系。

與NiCr合金相比，沖擊角對熱障涂層的侵蝕有很大不同的影響。在熱障涂層中，侵蝕隨沖擊角的增大而增大，盡管侵蝕速率較低。另一方面，NiCr合金在45°左右時也有相同的趨勢，然后兩者的關(guān)系反轉(zhuǎn)，角度越大，侵蝕越低。

熱障土的侵蝕特征曲線可用于熱障土的驗(yàn)證、改進(jìn)和標(biāo)定。Ducom 氣流噴砂沖蝕試驗(yàn)機(jī)能夠精確控制不同粒徑的侵蝕顆粒的速度和沖擊角度，從而生成特征曲線，為研究人員研究和改進(jìn)熱障涂層提供依據(jù)。