中国表面工程2023年第36卷第4期:西安交大与北航团队对热障涂层脱粘裂纹高温表征方法及演变规律的研究
中国表面工程2023年第36卷第4期:西安交大与北航团队对热障涂层脱粘裂纹高温表征方法及演变规律的研究
热障涂层上的脱粘裂纹是决定其性能与使用寿命的关键问题。热障涂层在众多行业中扮演着关键角色。在工业燃气轮机领域,热障涂层能提升其运作效率,并确保运行的安全性。这些应用场合对热障涂层的品质和稳定性提出了严格标准。若热障涂层失效,将带来严重风险,例如可能引发引擎故障。因此,对热障涂层的研究显得尤为重要。期待你为这篇文章点赞并转发,共同加入对热障涂层技术的探讨。
热障涂层上的脱粘裂纹是决定其性能与使用寿命的关键问题。对于从事这一领域的工作者而言,如何准确描述并理解其发展变化,一直是个难题。本文提供了一些颇具价值的研究发现。
热障涂层的重要性
热障涂层在众多行业中扮演着关键角色。在航空航天行业,飞机引擎中的高温部件依赖热障涂层来提升热能转换率并守护内部构造。比如,某些高端战斗机的引擎涡轮叶片就应用了这种涂层。在工业燃气轮机领域,热障涂层能提升其运作效率,并确保运行的安全性。这些应用场合对热障涂层的品质和稳定性提出了严格标准。若热障涂层失效,将带来严重风险,例如可能引发引擎故障。因此,对热障涂层的研究显得尤为重要。
热障涂层技术伴随近代工业的进步而逐步成长。起初,这种涂层较为简单,而如今,它已经演变成为性能卓越的涂层。在其发展历程中,研究人员不断寻求解决脱粘和裂纹等问题的方法。
现有失效研究
没有CMAS腐蚀化学诱因导致失效时,热障涂层在陶瓷层和粘结层交界处易出现脱粘裂缝,导致失效。这主要是因为涂层内部的热应力等因素。工业实践中的大量数据显示,此类脱粘裂缝现象较为常见。而且,它是热障涂层失效的主要形式,直接缩短了其使用寿命。众多研究者在多个案例中都发现了这一现象,因此将其作为关键的研究方向。
检测过程中,我们发现脱粘裂纹可能因操作失误或检测不力而被忽视,这种情况可能引发工程事故的隐患。
新检测方法提出
研究团队研发了一种新的检测技术。他们利用火焰对陶瓷层表面进行加热,借助腔体的高热阻特性,在陶瓷层表面形成局部热聚积,从而产生表面亮斑。这种做法看似简单,实则经过了多次实验和深入研究。他们运用了一种新颖的思路,即通过亮斑来追踪脱粘缺陷,打破了传统检测的局限。比如,过去检测时,很难迅速准确地找到脱粘缺陷的具体位置,而这种方法却能更精确地确定其位置。
在实验中,我们发现这种方法能够将表面亮斑的大小与脱粘裂纹的长度建立联系。经过对这种联系进行深入的分析和研究,我们能够更清晰地了解脱粘裂纹的属性。
预制裂纹缺陷
团队注意到脱粘裂纹对纵向热流的阻碍效果,因此提出了预先制造脱粘裂纹缺陷的方法。这种方法具有明显优势,对研究裂纹的形成与扩展过程具有重要意义。
研究人员通过对比预制裂纹与高温表面亮斑的尺寸,发现两者之间存在线性正相关。他们据此确定了可形成亮斑的界面脱粘裂纹的最小缺陷尺寸。这一发现是基于大量实验数据的对比分析,是一项严谨的科研结论。
裂纹尺寸与热冲击关系
经过预处理且含有预制裂纹的热障涂层,其内部裂纹的长度会随着热冲击次数的提升呈现出独特的演变趋势。起初,裂纹的增长并不显著,但当热循环次数接近涂层寿命的一半时,裂纹的增长速度会明显加快。这一发现有助于我们更全面地认识热障涂层在长期使用中的内部结构变化。同时,它也使我们能够提前采取措施,预防裂纹迅速扩展引起的涂层快速失效问题。
这项研究结论来源于对实际热冲击试验的深入分析,试验中对芯片每次的变动都进行了详尽的记录和分析。
检测效果及意义
这种新的表征技术能有效探测新型和经过一段使用时间的热障涂层中脱粘裂纹的瑕疵。同时,它还能精确推断出这些瑕疵的具体尺寸。这对热障涂层整体质量的把控和寿命预测具有极其重要的价值。在生产和日常维护过程中,运用这种方法能显著降低因脱粘裂纹瑕疵引发的事故和损失。比如,在航空航天和能源领域,这种精确检测有助于降低设备维护成本,提升安全性。
你对热障涂层技术感兴趣吗?若如此,你愿否在此基础上寻求新的研究路径?期待你为这篇文章点赞并转发,共同加入对热障涂层技术的探讨。