基于相场法的高温烧结条件下等离子喷涂热障涂层微结构演化模拟

作者：谭振宇; 杨紫涵; 朱旺^*; 杨丽^*; 周益春^*

来源：湘潭大学学报(自然科学版), 2020, 42(03): 82-89.

DOI：10.13715/j.cnki.nsjxu.2020.03.010

• 热障涂层
• 相场法
• 真实微结构
• 烧结

为提高航空发动机性能,热障涂层被广泛地用于涡轮叶片上.涂层在高温下服役时,会发生烧结,使涂层变得更加致密,从而不可避免地增加了热障涂层的弹性模量和热导系数,强烈地影响了涂层的耐用性、效率和性能.该文针对等离子喷涂制备的热障涂层,建立了涂层的二维真实微结构有限元模型,并运用相场模型研究了在1 400℃烧结条件下涂层微结构随时间演化的动态规律.计算结果表明:在烧结初期,涂层中微裂纹在最窄处迅速愈合,并开始形成不连续的单个小孔隙.烧结中期,前期由微裂纹产生的孔隙不断愈合,或者与相邻孔隙合并.烧结后期,涂层前期微裂纹大都形成了球形,孔隙间相对距离大,较小孔隙主要是以愈合的方式消失,涂层孔隙率随烧结时间的增加先迅速下降后趋于平稳.模拟的结果与实验结果相吻合.

• 单位
  低维材料及其应用技术教育部重点实验室; 湘潭大学