服役环境对涡轮导向叶片热障涂层失效模式的影响

作者：韩志勇; 张涛; 郭万森; 王者; 丁坤英^*

来源：表面技术, 2023, 52(04): 261-271.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.023

• 涡轮导向叶片
• 热障涂层
• 区域化
• 温度场
• 失效模式

目的 基于服役环境下热障涂层失效行为的复杂性，分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层的影响，并总结涡轮导向叶片热障涂层的失效模式。方法 针对服役环境下某型民用航空发动机涡轮导向叶片，使用UG软件建模，并且采用FLUENT软件对其进行三维共轭传热计算，结合热障涂层宏微观形貌、钙镁铝硅酸盐（CMAS）侵蚀行为、热生长氧化物（TGO）的生长情况，以及孔隙率和硬度的变化，通过引入涂层损伤系数，建立一种新的热障涂层区域失效评估模式，综合分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层区域化失效模式的影响。结果 在经历了8500h服役后，涡轮导向叶片表面热障涂层的失效模式因服役环境的局部差异而不同。叶片前缘区域最高温度达到1 501.69 K，发生了严重的低熔点氧化物侵蚀，导致陶瓷层的孔隙率降至11.909%,TGO等效厚度生长至1.870μm。后缘区域的最低温度为980.46 K，未见CMAS侵蚀，陶瓷层的孔隙率降至13.701%,TGO等效厚度生长至2.676μm。叶盆、叶背表面平均温度分别为1363.47K和1 264.14 K，发生了轻度低熔点氧化物侵蚀，陶瓷层的孔隙率分别降至12.176%和13.371%,TGO等效厚度生长至6.959μm和3.742μm。结论 叶片前缘涂层烧结损伤系数为1.021 2,TGO损伤系数为0.269 1，主要失效模式为陶瓷层烧结。叶片后缘涂层烧结损伤系数为0.599 8,TGO损伤系数为0.385 0，失效模式为以烧结为主、TGO增厚为辅的联合失效，叶盆、叶背涂层烧结损伤系数分别为0.958 6和0.677 4,TGO损伤系数分别为1.001 6和0.538 4，主要失效模式均为烧结与TGO增厚并行的联合失效。

• 单位
  中国民航大学