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EBPVD热障涂层的断裂行为研究.pdf

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  • 卖家[上传人]:lizhe****0001
  • 文档编号:36906831
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    • 天津大学硕士学位论文EB-PVD热障涂层的断裂行为研究姓名:陈哲申请学位级别:硕士专业:材料加工工程指导教师:荆洪阳20090601A B S T R A C TA tp r e s e n t ,i na s t r o n a u t i c s ,a v i a t i o na n dS Om a n yi n d u s t r yd o m a i n s ,e a c hk i n do ft h e r m a ls p r a y i n gc o a t i n gt e c h n o l o g yh a sa l r e a d yb e e nw i d e l yu s e di ne n h a n c i n gt h ep e r f o r m a n c eo ft h em e c h a n i c a lc o m p o n e n t sa n dl e n g t h e n e dt h e i rs e r v i c el i f e .T h ei n t e g r i t yo fc o a t i n g /s u b s t r a t es y s t e mi sc r i t i c a lf o rt h ec o m p o n e n t s ’s e c u r i t y , a n dt h eu n i o ni n t e n s i t yo fc o a t i n g sh a sb e c o m eo n eo fm a n yi m p o r t a n ts t a n d a r d si nt h ea p p l i c a b i l i t yo fc o a t i n g s .E l e c t r o nb e a m - p h y s i c a lv a p o rd e p o s i t e d ( E B ·P V D ) t h e r m a lb a r r i e rc o a t i n g s ( T B C s ) a r em o s t l yu s e do nt h eh o ts e c t i o no fa i r c r a f te n g i n et u r b i n e sa n d h a v ep l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nt h ef i e l do fa v i a t i o n .F o rt h ep u r p o s eo fa n a l y z i n gt h ec o h e s i o ns t r e n g t ho fc o a t i n g /s u b s t r a t es y s t e m , t h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fT B C s ,f r a c t u r eb e h a v i o rc h a r a c t e r i s t i c so fc o a t i n g s ,i n t e r f a c ef r a c t u r ep a r a m e t e r sh a db e e ns t u d i e di nt h i sp a p e r .T h em i c r o c o s m i ca p p e a ro fE B - - P V D —- T B C sh a db e e no b s e r v e da n dt h ec o m p o n e n to fe a c hc o a t i n gh a db e e na n a l y z e db yS E M .T h ei m p o r t a n tf u n c t i o no fb o n dc o a t i n g( M C r A l Y ) W a sf o u n d .T h e3 - p o i n tb e n dt e s th a db e e nu s e dt om e a s u r et h eY o u n g ’Sm o d u l u s ( 目o ft h eT B C s .Eo fc o a t i n g sw i t hs a m et h i c k n e s sh a v el a r g ed i s p e r s e .T h ef r a c t u r eb e h a v i o ro fT B C si n3 - p o i n tb e n ds p e c i m e nh a db e e no b s e r v e d .I tW a sf o u n dt h a tt h ec r a c kn o r m a lt ot h ei n t e r f a c ei nt h ec o a t 堍o c c u r r e dw h e r ea 丘x e dm o m e n to ff o r c ew a sr e a c h e d .S ow h e t h e rt h em o m e n tr e a c h e dt ot h ec r i t i c a lv a l u ec a nb eu s e da st h ec o n d i t i o no fc r a c kO C C U r r e n c e .T h eF E Ar e s u l t sp r o v e dt h ep r e v i o u sc o n c l u s i o n .n es t r e s sl e v e l sa tt h ed i f f e r e n tl o c a t i o n sw h e r et h ec r a c k so c c u r r e dn e a rt h ei n t e r f a c ea l m o s tw e r es a n l e .Am e t h o do fs i m u l a t i n gac r a c ki nt h ei n t e r f a c eb e t w e e nT B C sa n ds u b s t r a t eh a sb e e np u tf o r w a r d .F E Ah a db e e nu s e dt os t u d yi n t e r f a c ef r a c t u r ep a r a m e t e r so ft h ei n t e r f a c eb e t w e e nT B C sa n ds u b s t r a t e ( t h ec o m p l e xs t r e s si n t e n s i t yf a c t o rKa n d先) .T h er e s u l to fF E As h o w e dt h et e n s i l e1 0 a dn e a rt h ec r a c kt i pw e r ed o m i n a n t 。

      a n dt h et e n s i l el o a dh a dh i g h e re f f e c tt h a nt h es h e a rl o a d .T h er e s e a r c hf o u n dt h eK - d o m i n a n tz o n ee x i s t e dn e a rt h ec r a c kt j pf o rt o t a ls p e c i m e n si nt h i st e n s i l et e s t .K E YW O R D S :T h e r m a lb a r r i e rc o a t i n g s ,Y o u n g ’Sm o d u l u s ,I n t e r f a c ef r a c t u r e ,C o m p l e xs t r e s si n t e n s i t yf a c t o r , J c独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果,也不包含为获得丕盗态鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

      与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意学位论文作者签名:r 、巧_ 格签字R 期:2 矿叩年白月2 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解.鑫鲞苤堂有关保留、使用学位论文的规定特授权苤鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数掘库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:『l 、孑.冶 I导师繇蔷1l 影铴签字R 期:1 年6 月z 日签字R 期.叫年万月工同第一章绪论1 .1 研究背景第一章绪论随着现代工业的发展,对各种机械设备零件表面性能的要求也越来越高,在高速、高温重载、磨损、腐蚀介质等条件下的工作零件,常常因其表面局部损坏而使整个零件失效报废表面涂层技术是采用一定的工艺方法,在零件表面制备出优于本体材料性能的表面功能薄膜或涂层,用少量材料赋予零件或构件耐高温、耐腐蚀、抗磨损、防辐射等性能,起到即使用大量昂贵的整体材料也难以起到的作用,可以充分发挥基体材料和膜层材料的潜能,大量节约了资源和能源,降低生产成本,成为国际材料科学研究的热点之一【l 捌。

      常用的表面涂层技术有等离子喷涂( A P S ) 、溶胶.凝胶( S 0 1 .G e l ) 、化学气相沉积( C V D ) 和物理气相沉积( P V D ) 等方法,在众多涂层制备技术中,电子束物理气相沉积( E B .P V D ) 技术是电子束与P V D 技术相结合的产物,目前,它被广泛应用于航空航天和冶金等工业领域,利用该技术制备热障涂层、微叠层材料已成为各国研究的热点1 3 , 4 1 1 .1 .1 电子束物理气相沉积( E B —P V D ) 技术电子束物理气相沉积( E B .P V D ) 是以电子束为热源( 能量源) 的涂层工艺,通常是在真空( 一般为~1 0 2 P a ) 状态下,利用具有高能量密度的电子束轰击沉积材料( 金属、陶瓷等) 使之熔化、蒸发,并在基体上凝结沉积形成涂层2 0 世纪8 0 年代,美国、德国等西方国家开始利用E B .P V D 工艺制备热障涂层,但由于该设备价格昂贵、制备成本高,使得对E B .P V D 技术的开发一度停止【5 ’6 】2 0 世纪5 0 年代,前苏联对E B .P V D 设备和工艺的投入全部集中在乌克兰巴顿焊接研究所,该所制造了3 0 多台各种类型的E B .P V D 设备。

      前苏联解体后,乌克兰巴顿焊接研究所在科学院院士B .A .M o v c h e n 的领导下,成立了电子束国际技术中- L = - , ( I C E B T ) ,并将E B .P V D 设备的成本降低到接近西方国家同类设备的1 /5 该中心成功地在叶片上制备出热障涂层,现已得到应用到了9 0 年代中期,随着乌克兰巴顿焊接研究所研制的低成本的E B .P V D 设备在世界各国的推广,掀起了E B .P V D 技术的开发新热潮【_ M 】国内北京航空航天大学、北京航空制造工程研究所等单位也引进了E B .P V D 设备,进行了一系列研究,特别是在热障涂层制备及性能研究方第一章绪论面取得了一定成果¨0 ¨】图1 .1 为乌克、二巴顿焊接研究所电子束国际技。

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