一、FEM ANALYSIS OF THERMAL STRESSES IN GRADIENT THERMAL BARRIER COATINGS PRODUCED BY EB-PVD（论文文献综述）
金圣皓,王博翔,赵长颖[1]（2021）在《热障涂层热物性研究进展》文中指出热障涂层（TBCs）是一种用于航空发动机热端部件隔热的陶瓷材料,该材料的热物性将直接影响其隔热性能的优劣。综述了近年来热障涂层导热和辐射特性的理论与试验研究进展,对宏观到微观的热传导理论及热辐射理论进行了介绍,分析了热障涂层中的跨尺度导热、辐射过程。在理论研究方面,由宏观到微观的顺序介绍了不同尺度下的传热理论,并总结了热障涂层在相应尺度下的理论研究。在试验研究方面,以热障涂层材料发展顺序详细总结了不同材料、不同结构热障涂层传热特性的相关试验研究。分析了热障涂层内导热、辐射传热过程的研究现状,并展望了热障涂层传热特性研究的未来发展方向。
王力[2]（2021）在《基于数字图像相关法的界面织构热障涂层裂纹演变行为研究》文中认为热障涂层是一种多层复合结构,界面是应力集中部位,也是引起涂层剥落的关键原因。粗糙界面形貌能提高涂层的结合强度,但是会引起界面应力集中。因此,本文主要针对平衡界面微观形貌和应力集中问题开展研究,目的在于探究界面微观形貌对应力应变分布与裂纹演变行为的影响。本文使用超音速等离子喷涂技术制备热障涂层,利用激光在粘接层与陶瓷层界面构筑沟槽织构,借助拉伸-数字图像相关法实验获得了拉伸过程中涂层表面应变分布,结合光学显微镜和平面应变模型分析了界面织构化热障涂层的裂纹演变行为。通过分析涂层表面应变特征,获得了一种判断裂纹产生和扩展的简易方法。本文主要完成工作如下:（1）基于数字图像相关法研究拉伸过程中涂层表面的应变特征,发现拉伸过程中表面应变存在四个阶段:拉伸初期涂层表面应变无规律;涂层有效标距段一端产生应变集中区域,且应变随着涂层的厚度增加而减小;涂层达到应变极限,应变集中区域首先产生裂纹;裂纹数量不断的增加,直至裂纹达到饱和状态。（2）采用激光在粘接层表面制备不同深度的沟槽形貌,当基体的应变为2%时,界面织构处理的热障涂层表面应变比未织构的大。当裂纹产生前,织构化涂层表面应变均低于未织构涂层,并且随着沟槽深度的增大表面应变降低。由于界面织构的存在,粘接层/陶瓷层界面织构的尖端与谷底处应变集中区域相互交替产生,使得涂层表面应变曲线呈现出比较均匀的周期特征,降低了陶瓷层与粘接层界面应变集中的影响。（3）热障涂层表面特征点的应变曲线存在两个拐点,第一个拐点对应表面裂纹的产生;第二个拐点对应界面裂纹的扩展。表面织构的尖端与谷底区域存在应力集中,随着沟槽织构深度的增加,尖端与谷底的应力值增大,使得表面裂纹产生的时间提前,但是界面裂纹扩展的时间会推迟,这对抗拉伸损伤具有重要意义。（4）结合光学显微镜和平面应变有限元模型,提出了界面织构化热障涂层的裂纹扩展行为:裂纹首先在陶瓷层内萌生,垂直扩展至陶瓷层尖端处,沿着尖端与谷底的界面连接处进行扩展,在粘接层谷底处垂直扩展至粘接层与基体界面。当Rc值超过22μm时,裂纹沿着基体与粘接层界面进行扩展,相邻的裂纹相连接使得陶瓷层与粘接层从基体剥落;反之裂纹沿着粘接层与陶瓷层界面进行扩展,相邻的裂纹贯穿连接使得陶瓷层剥落。
王志平,费宇杰,刘延宽[3]（2021）在《热障涂层失效机理、改进方法及未来发展方向》文中指出热障涂层（Thermal Barrier Coatings, TBCs）是用于航空发动机及燃气轮机的一种高效功能性隔热涂层,常用材料为氧化钇（质量分数6%～8%）部分稳定氧化锆（YSZ）。首先,从TGO生长、高温烧结、CMAS腐蚀、盐雾腐蚀和热膨胀失配等方面介绍了YSZ的失效机理,以上因素会从不同程度上造成涂层分层、开裂乃至失效。其次,介绍了通过控制界面反应速度和元素扩散速度,改变涂层化学成分及结构等方法,改善YSZ性能。为适应下一代超高温热障涂层的发展要求,近年来,国内外针对制备工艺的改善和新材料性能进行了研究。通过调控等离子物理气相沉积的喷距,能得到不同微观结构的热障涂层,运用纳米粉体再造粒技术,能制备出抗热震性能、耐磨抗腐蚀性、韧性以及可加工性更为优异的纳米结构涂层。ABO3型钙钛矿结构钡盐、钽酸盐、石榴石结构稀土铝酸盐、磁铅石结构稀土铝酸盐、独居石结构稀土磷酸盐等新型陶瓷层材料的研究是一大热点。与传统YSZ相比,新陶瓷层材料有优异的高温相稳定性、高热膨胀系数、高热导率等性能,但存在断裂韧性低、组分复杂等缺点。最后,为热障涂层未来研究指出了方向,并展望了其面临的挑战。
朱佳茗[4]（2020）在《CoNiCrAlY粘结层的激光冲击处理工艺及高温失效机理研究》文中提出近年来,随着航空发动机的快速发展,传统的热障涂层（Thermal barrier coatings,TBCs）已经不能满足其需求,如何解决热障涂层过早失效是研发高性能航空发动机所面临的关键技术难题。热障涂层在高温服役环境下的使用寿命主要与其过渡层-粘结层的高温氧化行为有关。对于提高粘结层的抗高温氧化性能,有多种不同的手段,表面改性为其一。在多种改性方法中,激光冲击处理可灵活调控表面形貌且细化晶粒,引入位错、孪晶等缺陷。故本文以CoNiCrAlY粘结层为研究载体,利用激光冲击处理对其进行表面改性,旨在改善热障涂层的高温服役性能。本实验分别采用大气等离子喷涂（Air plasma spraying,APS）和APS+激光冲击处理复合工艺在GH4169镍基高温合金表面制备CoNiCrAlY粘结层,随后采用电子束物理气相沉积（Electron beam physical vapor deposition,EB-PVD）在粘结层表层沉积78 wt.%Y2O3-ZrO2（7-8 YSZ）陶瓷层,形成热障涂层。采用高温氧化实验、热震试验评价激光冲击处理前后热障涂层的高温服役性能。利用X射线衍射、激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜等多种表征及测试手段重点研究激光冲击处理对热障涂层微观形貌、物相组织、硬度及陶瓷层/粘结层界面热生长氧化物（Thermally grown oxide,TGO）应力分布的影响。研究工作所取得的主要结论如下:（1）运用ANSYS有限元建立了激光冲击处理粘结层的三维模型,通过计算对激光冲击处理次数和光斑间距进行了优化,得出三组较优的激光冲击处理工艺参数:激光冲击处理1次,光斑间距4 mm;激光冲击处理2次,光斑间距4 mm;激光冲击处理1次,光斑间距5 mm。（2）采用模拟得到的较优工艺参数对APS喷涂的CoNiCrAlY粘结层进行激光冲击处理实验,随后采用EB-PVD在粘结层表层沉积7-8 YSZ陶瓷层,形成完整的热障涂层。结果表明:CoNiCrAlY粘结层经过激光冲击处理后,γ-Ni相的衍射峰向低角度偏移,β-NiAl相的衍射峰发生宽化。此外,激光冲击处理降低了粘结层的孔隙率,提高了热障涂层的截面平均硬度。当激光冲击处理2次,光斑间距4 mm时,粘结层的孔隙率最小为2.2%;热障涂层的截面平均硬度达到最大为296.9 HV。（3）对不同激光冲击处理工艺制备的热障涂层进行高温氧化行为分析。研究结果表明:未经激光冲击处理的热障涂层在1000°C氧化100 h后,TGO层出现了裂纹、孔洞等缺陷。在相同条件下,经过激光冲击处理的热障涂层均生成了致密的TGO层。在氧化过程中,陶瓷层/粘结层界面应力均为压应力,且经过激光冲击处理后的热障涂层在陶瓷层/粘结层界面处的应力明显较低。其中,激光冲击处理2次、光斑间距4 mm时,陶瓷层/粘结层界面应力值最小:900°C氧化100 h后为68.5 MPa,1000°C氧化100 h后为68.7 MPa。（4）对不同激光冲击处理工艺制备的热障涂层进行热震行为分析。研究结果表明:激光冲击处理减缓了Al元素的消耗速度,减少了陶瓷层/粘结层界面TGO由于不断增厚而产生的应力。其中激光冲击处理2次,光斑间距4 mm时,陶瓷层/粘结层界面的压应力值最小:1000°C热震205次后为15.9 MPa,且此时热障涂层热震失效占比面积最小为4.2%。
杨明[5]（2020）在《低导热超高温热障涂层的制备及其性能研究》文中进行了进一步梳理热障涂层是一种沉积在高温合金基底表面,保护基底材料免受高温侵蚀的陶瓷材料。因其良好的耐高温性、较低的热导率、与基底匹配的热膨胀性能而被广泛应用在航空发动机燃烧室等高温部件表面,成为现代航空设备（燃烧室、进气道、尾喷管等）不可取代的隔热材料。目前实际广泛使用的热障涂层是氧化钇部分稳定氧化锆（YSZ）,而YSZ陶瓷材料长时间使用温度不能超过1200℃。在航空、航天领域,随着高超音速飞行器的出现及发展,其高温部件表面温度已经远远超过1200℃,需求接近2300℃,涂层表面温度达到1600℃以上,现有的热障涂层已经不能满足武器型号的超高温需求,必须研制超高温条件下使用的新型低导热系数热障涂层。因此,具有低导热系数、高热膨胀系数、高温相稳定性、低烧结率和耐高温腐蚀性能的新型陶瓷涂层成为研究的重点和热点。本文针对航空事业发展的迫切需求,以综合性能较好的氧化锆为主体材料,通过掺杂稀土元素和非稀土元素构造多元固溶体体系,设计合成新型低导热超高温热障涂层材料 Mo.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.88O1.94（M=Dy、Er、Eu、Sm、Nd）和N0.02Dy0.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.86Ox（N=Ti、Mn、Si、Mg、Cr）。系统研究了热障涂层粉体、涂层的晶型结构和涂层热力学性能,并分析了离子半径和化合价对涂层性能的影响;同时借助现代计算机模拟技术,模拟涂层在烧蚀过程中温度场变化、热应力变化和形变,预测了涂层最容易失效的位置;为进一步提高涂层性能,对涂层孔隙结构进行了设计,改善涂层热应力集中问题,延长热障涂层使用寿命,提高了涂层的隔热性能,降低了到达高温合金基底的温度。具体研究内容和结果如下:（1）二元离子掺杂（La1-xScx）2Zr2O7粉体和涂层制备及其性能研究对热导率较低的La2Zr2O7涂层进行掺杂改性,采用半径较小的近稀土 Sc3+离子进行掺杂,研究了不同含量Sc3+离子掺杂对涂层热力学性能的影响,结果表明,钪离子掺杂能降低锆酸镧涂层的热导率。当Sc3+掺杂量为0.1时,其热导率最低,其中掺杂Sc0.1在1600℃时,涂层热导率比单一 La2Zr2O7涂层的热导率降低8.8%。（2）四元M0.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.88O1.94陶瓷粉体和涂层制备及其性能研究采用高温固相法制备的新型四元M0.02Gd0.025Yb0.025 Y0.05Zr0.88O1.94陶瓷粉体物相单一、晶体结构良好。而且粉体制备工艺简单、产量高、性能稳定,适合规模化批量生产。利用大气等离子喷涂工艺,在高温合金（GH4169）基底的表面先制备厚度约为100μm厚的NiCoCrAlY金属粘结层,最后在粘结层表面制备陶瓷面层。与YSZ涂层进行对比,新型超高温热障涂层的高温抗烧蚀性能更好,热导率更低,可作为未来航空发动机的超高温热障涂层。（3）五元N0.02Dy0.02Gd0.025Yb0.025Y0.05Zr0.86Ox掺杂改性陶瓷粉体和涂层制备及其性能研究针对上述四元稀土氧化锆基热障涂层抗热震性能欠佳的情况,我们利用熔点较低的非稀土氧化物对其进行了进一步的掺杂改性。同时,元素半径差异大能改变平均自由程,增大散射面,增加声子散射,最终降低热导率。通过固相法制备的改性五元陶瓷涂层在保持了四元涂层的优点外,提高了涂层的抗热震性能,同时降低涂层的热导率,特别是在1600℃,其热导率为0.974 W/（m·K）,比传统YSZ（1.749 W/（m·K））涂层热导率降低了 44.3%。因此,改性后的新型热障涂层是航空发动机隔热材料的理想选择。（4）热障涂层孔隙结构设计及其热力学性能研究一方面通过掺杂改性的化学手段对涂层性能进行改进,另一方面在现有涂层的基础上对涂层的物理孔隙结构进行设计。理论计算能以最低的成本和最快的速度优化涂层孔结构,对未来涂层结构的设计优化起到理论指导作用。通过计算发现带有半圆形孔隙结构的涂层具有最小的应变、最佳的隔热性能和最小的热应力。这是首次通过对涂层进行物理孔结构的改进来提升涂层性能的尝试及报道。
贾涵[6]（2020）在《多尺度孔隙结构热障涂层的微观结构及力学性能》文中研究表明热障涂层应用于燃气轮机、航空发动机等高温部件,需要同时具备高隔热和良好的力学性能。增加涂层的厚度可提高隔热效果,但同时容易积累应力造成涂层失效脱落。孔隙在热喷涂方法制备的热障涂层中较为常见,而封闭的孔隙是热的不良导体,可显着降低热导率,提高隔热性能。较大尺度孔隙的存在,会在一定程度上减小其抵抗变形能力,但同时微小孔隙的存在可在一定程度上缓和热障涂层的应力。因此,本文拟通过在热障涂层中引入纳米至数十微米多尺度分布的孔隙结构,在保证高隔热性能的同时提高其抗变形协调能力,研究多尺寸孔隙结构热障涂层的组织和力学性能的变化。通过陶瓷粉末空心多孔结构的移植和聚乙烯造孔剂的搭配,构建并制备微/纳米多尺度分布的孔隙结构热障涂层。通过扫描电子显微镜和三维X射线扫描技术分析热障涂层中的孔隙结构分布,验证热障涂层孔隙的微/纳米多尺度分布设计。利用Ansys有限元软件,模拟了含微/纳米多尺度孔隙的热障涂层在不同载荷下的纳米压入特性。随载荷增加,弹性模量呈现先增大后降低的情况,硬度值随载荷的增加而减小,与纳米压痕试验结果相比,比较相符。在孔隙模型单元格增加内聚力的基础上,根据Berkovich压头压入过程,模拟了微/纳米尺度孔隙的热障涂层的裂纹萌生和扩展情况。由于孔隙的存在,压头在压入涂层的过程中,随着载荷的加大,超过陶瓷层材料的强度,裂纹萌生,但是由于小尺度孔隙的存在,减少了应力集中现象,将应力分散到各个孔隙中,且由于孔隙数目增多,界面增多,裂纹扩展所需要的能量会在界面处消耗,能量不足以继续扩展,所以裂纹扩展的不多,由于大尺度孔隙是孤立的存在,裂纹扩展的能量慢慢的会被吸收,从而提高其韧性。与断裂韧性试验结果比较吻合。利用纳米压痕方法,研究多尺度孔隙结构热障涂层抵抗变形能力和变形回复特性。研究发现,微纳米孔隙的引入,使得热障涂层陶瓷层在抵抗变形阶段表现出“伪塑性”,在变形恢复阶段出现“伪弹性”,从而增强了微/纳米多尺度热障涂层的抵抗变形和变形恢复能力。与常规等离子喷涂制备的热障涂层相比,纳米/微多尺度孔隙涂层的硬度和模量分别提高了 20.23%和39.16%。通过纳米冲击技术,研究多尺度孔隙热障涂层的变形协调能力。研究发现,微纳米孔隙结构“伪塑性”、“伪弹性”变形的存在,可显着提高微/纳米尺度孔隙的变形协调能力。断裂韧性由常规热喷涂涂层的0.73 MPa·m0.5,提高到1.047 MPa·m0.5,断裂韧性提高30.28%。
赵凯[7]（2020）在《热障涂层表面裂纹与界面裂纹相互作用研究》文中提出热障涂层技术作为一种有效的高温防护技术,广泛应用于航空发动机高温部件,提高发动机高温部件工作温度,提高发动机效率,延长使用寿命。热障涂层结构复杂,服役环境恶劣,性能要求苛刻,不仅承受外部机械、高温、化学等多种耦合作用,内部材料物理性能不同也引起较大的热应力,决定了其失效破坏机制和寿命影响因素的复杂多样性。因此,研究裂纹的演化规律,尤其是表面裂纹和界面裂纹之间的相互影响机制是深入理解涂层失效机理的有效途径。本文针对热障涂层的热应力分布和表面/界面裂纹开展了以下三个方面的研究:第一,建立多层热障涂层应力计算有限元模型,结合多层结构热应力理论解,分析涂层厚度和温度变化对界面应力和涂层内应力的影响。并综合随温度变化的材料参数和曲线界面形貌,研究热循环下氧化层几何参数对界面应力场的影响。第二,建立双层热障涂层含裂纹有限元模型,结合表面裂纹与界面裂纹断裂参数理论解,验证有限元计算的准确性,并综合表面裂纹和界面裂纹,研究相关参数对这两种裂纹相互作用的影响。第三,采用扩展有限元和内聚力单元分别模拟热障涂层表面裂纹和氧化层/粘结层界面裂纹,建立两者相互作用的有限元模型,得到热循环不同裂纹形式的应力分布,开裂程度和断裂形式,分析这两种裂纹的相互影响,以及氧化层几何参数对这种相互作用的影响。
陈智[8]（2020）在《热障涂层高温生长应力研究》文中研究说明航空发动机涡轮叶片使用热障涂层技术,可有效提高涡轮前温度。当热障涂层在高温下工作,涂层内氧化层会不断生长变厚,导致涂层剥落失效。氧化层生长是高温下导致热障涂层失效的主要原因。因此对热障涂层氧化层高温生长的研究具有重要理论意义和实用价值。本文针对航空发动机用热障涂层氧化层的高温生长行为开展了以下三个方面的研究:第一,根据氧化层实际形貌,建立适用于研究氧化层生长的球模型。根据率无关理论模型的控制方程,得到其弹性解和塑性解,并研究了横向生长应变、应变梯度分布等因素对氧化层局部应力的影响;建立适用于氧化层生长的应力演化模型,用有限差分法求解其偏微分控制方程组,得到氧化层界面应力随时间的演化历程,并研究了增厚系数、材料蠕变等参数的影响。第二,根据氧化层实际形貌,建立有限元模型,编写有限元子程序,来模拟氧化层的高温生长。将有限元计算结果与率无关模型和应力演化模型的理论解比较,验证了使用球模型预测氧化层生长应力的可行性;同时考虑了陶瓷层高温烧蚀硬化的影响。在实际温度载荷变化的情况下,采用两种模拟氧化层高温生长方法进行了变温氧化的数值计算。第三,基于能量释放率与热障涂层热循环寿命,建立寿命预测模型,考虑了各层之间的热膨胀失配,陶瓷层烧蚀和氧化层高温生长。验证和评估了该模型对热障涂层在不同热循环试验条件下的寿命预测能力。
张盼盼[9]（2019）在《激光仿生耦合改性热障涂层的组织与性能研究》文中研究指明广泛用于航空发动机叶片上的热障涂层作为一种先进的高温防护涂层,可显着降低涡轮叶片的表面温度,大幅延长叶片的服役寿命,提高发动机的推力和效率。因此,热障涂层与高温结构材料、高效气膜冷却技术并列为先进航空发动机涡轮叶片的三大关键技术。飞机在频繁起飞、续航和降落的循环过程中,发动机叶片将承受高温高速燃气、高应力、交变载荷、外来物冲击和腐蚀介质等多种因素的交互作用,热障涂层极易出现热疲劳剥落、高温氧化、冲蚀和热腐蚀等突出问题,最终使热障涂层过早失效。其中,热疲劳剥落是热障涂层失效的最主要形式,也是大气等离子喷涂制备氧化锆基热障涂层在服役过程中的瓶颈问题。因此,改善等离子喷涂制备热障涂层的抗热疲劳性能成为提高航空发动机叶片服役寿命的首要任务。本文基于自然界生物耦合止裂和抗疲劳功能原理,面向大气等离子喷涂制备的氧化锆基热障涂层,进行了仿生耦合抗热疲劳设计,采用激光表面改性技术在热障涂层表面制备仿生耦合结构,并通过优化激光加工参数、改进后热处理工艺,有效拓展了仿生耦合热障涂层的制备技术;研究了单元体形态耦元和材料耦元对仿生耦合热障涂层性能的影响规律,揭示了激光仿生耦合热障涂层抗热疲劳、抗冲蚀、抗热腐蚀性能的作用机理;在此基础上,采用激光合金化技术进一步强化单元体,显着改善了仿生耦合热障涂层的抗热震性能。主要研究结果如下:（1）形态耦元对仿生耦合热障涂层的性能有显着影响。点状仿生耦合热障涂层的结合强度和抗热震性能最佳,网格状仿生耦合热障涂层的隔热性能和抗固体颗粒冲蚀性能最优。优化单元体间距可进一步提高抗热震性能,单元体间距为3 mm时仿生涂层的抗热震性能更优,其热循环寿命是常规涂层的2.5倍。仿生单元体内微观柱状晶结构和宏观网状裂纹,使得涂层具有较高的应变容限能力,能够释放冷热循环过程中的热应力,降低了裂纹扩展驱动力,从而增强了仿生耦合涂层的热裂纹扩展抗力,提高了涂层的抗热震性能。（2）基于不同的陶瓷层母材,制备获得的仿生耦合热障涂层的性能提高比不同。相同陶瓷层母材下,仿生耦合热障涂层的结合强度、抗热震和抗热腐蚀性能均显着优于常规涂层。通过激光仿生耦合改性,结合强度提高比为CYSZ涂层（16%）>7YSZ涂层（11%）,隔热性能降低比为CYSZ涂层（15%）>7YSZ涂层（12%）,抗热震性能提高比为7YSZ涂层（150%）>CYSZ涂层（26%）,抗热腐蚀性能提高比为CYSZ涂层（13.8%）>7YSZ涂层（8.5%）。（3）利用激光合金化技术制备的组织和材料均不同于陶瓷层母材的仿生单元体,可进一步提升仿生耦合涂层的抗热震效果。含有不同质量分数TiAl3的仿生耦合热障涂层的抗热震性能均显着优于常规涂层,抗热震性能排序依次为10%TiAl3>15%TiAl3>5%TiAl3>20%TiAl3>25%TiAl3。其中,含有10%TiAl3的仿生耦合热障涂层的抗热震性能是常规涂层的3.1倍。在热震试验后期,仿生单元体中的TiAl3在高温下发生氧化反应,实现了裂纹的自愈合,延缓了垂直裂纹与水平裂纹的联接,推迟了涂层的剥落,从而导致抗热震性能进一步提高。（4）仿生耦合热障涂层的冲蚀失效过程主要经历了两个阶段:在冲蚀过程早期,具有孔隙结构的未改性区更易受到冲刷,导致涂层单个扁平粒子的断裂和破碎;在冲蚀过程后期,结构致密且高硬度的仿生单元体逐渐凸出,明显抵御了固体颗粒的冲蚀。仿生耦合热障涂层的冲蚀失效机制是脆性和部分塑性冲蚀。（5）熔盐和氧化锆稳定剂（Y2O3和CeO2）之间的热腐蚀反应,在7YSZ涂层表面形成了YVO4,在CYSZ涂层表面生成了YVO4和CeVO4热腐蚀产物并发生了CeO2的矿化。稳定剂的消耗导致t-ZrO2向有害相m-ZrO2转变。最终,由相变和热腐蚀产物产生的应力以及粘结层的氧化导致7YSZ和CYSZ涂层失效。而仿生单元体的致密结构和更低的表面粗糙度是仿生耦合热障涂层抗热腐蚀性能提高的主要原因。
肖逸奇[10]（2019）在《涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价及其应用研究》文中认为热障涂层用于有内冷却结构的航空发动机热端部件上,可以显着地降低部件中金属基底的温度而提高部件寿命或者可提升航空发动机工作温度从而提升发动机性能、降低燃油消耗和污染物排放,已被广泛应用于军民用航空发动机和舰船、工业用燃气轮机当中。然而,由于热障涂层的服役环境极其恶劣,需承受冲蚀、高温氧化和腐蚀等多种载荷,导致涂层服役一定时间后不可避免的发生剥落。涂层一旦剥落,底层承力的金属因直接暴露于高温燃气下而快速失效,事故必然发生,从而影响生命、生产和国防安全。因此,研究其失效机理,预测涂层的服役寿命,防患于未然,则可极大地提升热障涂层的安全应用水平。然而,由于热障涂层本身是多孔的脆性材料,内含大量微孔洞和微裂纹等缺陷,导致其强度及相关参数具有很大的分散性和随机性,同时服役时的载荷也有很大的随机性,最终使得涂层的服役寿命也有很大分散性。基于确定性分析理论的寿命预测法无法考虑这些分散性从而存在根本性的缺陷。工程结构和机械结构的强度和载荷的随机性远没有热障涂层这么大,其安全设计与检验都摒弃基于确定性方法的安全系数法,转为采用基于概率分析的可靠性评价法,即把影响失效的各种量和寿命都看作随机量,以失效概率的大小来评价结构的安全性。由此,非常有必要使用可靠性评价方法来评判热障涂层的服役安全性。基于此,本文的创新性成果如下:（1）建立了考虑材料性能、微结构、环境分散性的热障涂层失效概率评价模型;基于NESSUS可靠性软件和FEM有限元方法,提出了涡轮叶片热障涂层可靠性建模与数值计算方法;采用概率敏感与Π定理理论,建立了可靠性的关键影响因素提炼方法。（2）发展了能模拟夹杂于高温燃气中的固体微粒在叶栅间运动状态的气固两相流数值模拟方法。建立了考虑热障涂层材料和力学以及微观结构等参数、冲蚀粒子速度和冲击角度等参数的冲蚀率模型。基于气固两相流数值模拟方法,模拟了燃气中夹带的大量颗粒在叶栅间的运动状态,并获得了真实情况下大量粒子对整个叶片表面涂层的破坏作用,结果表明由于工作叶片高速旋转,粒子以相对于涂层较大的速度冲击到涂层表面,使得工作叶片比导向叶片冲蚀更严重,且冲蚀严重的区域位于叶背面的前部和叶盆面的尾部。基于局部区域失效准则、冲蚀率模型和气固两相流数值方法建立了全叶面涂层冲蚀失效准则,完成了可靠性评价,并通过灵敏度分析得出涂层的断裂韧性及厚度对热障涂层可靠性影响最大。（3）发展了能模拟涡轮叶片热障涂层局部区域高温氧化失效的相场模型。模拟了失效过程并分析了相关因素对失效的影响。界面不平整时,导致涂层剥落的裂纹萌生于TGO层内的波峰区域。界面粗糙度越大,波峰处TGO生长越快,导致生长应力和热循环应力越大,涂层失效越快。当界面粗糙度A/L>1/4时,裂纹扩展后会穿过TGO与陶瓷层的界面进入陶瓷层,最后与萌生于相邻波峰处的裂纹连结于波谷表层方向的陶瓷层中,导致热障涂层完全剥离。界面粗糙度A/L<1/8时,萌生于TGO层内的裂纹会在TGO内继续扩展或者在TGO与陶瓷层界面处扩展,不会进入陶瓷中。而当界面粗糙度1/8<A/L<1/4时,裂纹扩展至界面附近时有可能出现分叉的现象,某一条支裂纹会往陶瓷层扩展,另一条支裂纹则会沿着界面扩展。评价了高温氧化环境下热障涂层的可靠性及影响因素。结果表明服役环境下,涡轮叶片表面的温度差虽然只有150200 K,但由于温度不均使得TGO生长速率不同,最终导致叶片表面不同部位的涂层失效概率相差达数十倍,如服役500小时后,叶片前缘迎风的局部区失效概率可达70%,而叶背厚部低温区失效概率仅为0.2%。通过概率灵敏度分析得出弹性模量、温度差是影响涂层可靠性的关键因素。（4）基于可靠性评价理论,使用热循环炉或热障涂层服役环境模拟装置对带涂层平板试片和涡轮叶片进行了热障涂层可靠性试验。将试验结果和理论评价结果进行了对比分析,验证了可靠性评价方法的可信度和实用性。另外,为了方便工程应用或从用户角度出发,还建立了热障涂层可靠性和传统寿命之间的转换方法;建立了涡轮叶片不同部位的热障涂层拥有不同重要度时热障涂层的性能评价方法。
二、FEM ANALYSIS OF THERMAL STRESSES IN GRADIENT THERMAL BARRIER COATINGS PRODUCED BY EB-PVD（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、FEM ANALYSIS OF THERMAL STRESSES IN GRADIENT THERMAL BARRIER COATINGS PRODUCED BY EB-PVD（论文提纲范文）
（1）热障涂层热物性研究进展（论文提纲范文）
| 热障涂层的导热研究 |
| 1热障涂层内的导热机理 |
| 2热障涂层导热特性的理论研究 |
| 2.1基于宏观傅里叶导热定律的理论研究 |
| 2.2基于玻尔兹曼输运方程的理论研究 |
| 热障涂层的热辐射特性研究 |
| 1热障涂层热辐射特性的理论研究 |
| 1.1宏观等效导热系数法 |
| 1.2辐射传输理论及电磁学分析理论 |
| 2热障涂层辐射特性的试验研究 |
| 结论 |
（2）基于数字图像相关法的界面织构热障涂层裂纹演变行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 热障涂层材料与制备工艺 |
| 1.2.1 热障涂层的材料与结构特征 |
| 1.2.2 热障涂层的制备工艺 |
| 1.3 热障涂层残余应力的产生机制 |
| 1.4 外载作用下热障涂层界面应力分布特征 |
| 1.4.1 基于弹塑性模型的界面应力研究 |
| 1.4.2 基于损伤力学模型的界面应力研究 |
| 1.5 界面织构化热障涂层的界面应力应变研究现状 |
| 1.6 本文选题依据和主要研究内容 |
| 第二章 热障涂层的制备及研究方法 |
| 2.1 热障涂层的制备方法 |
| 2.1.1 热障涂层的制备 |
| 2.1.2 粘接层与陶瓷层界面图案制备 |
| 2.2 热障涂层微观形貌研究方法 |
| 2.3 拉伸-数字图像相关法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 无织构热障涂层表面应变特征 |
| 3.1 热障涂层界面应力应变数学模型 |
| 3.2 涂层显微形貌与成分 |
| 3.3 拉伸过程中涂层表面应变规律 |
| 3.4 粘接层表面应变集中区域 |
| 3.5 基体与粘结层界面的应变分析 |
| 3.6 陶瓷层与粘结层界面的应变分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 界面织构化热障涂层表面应变特征 |
| 4.1 实验步骤 |
| 4.2 粘接层界面织构形貌 |
| 4.3 静载拉伸过程中热障涂层表面应变 |
| 4.4 界面织构对涂层表面应变的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 界面织构化热障涂层的裂纹演变行为 |
| 5.1 陶瓷层与粘接层界面应力应变模拟 |
| 5.1.1 拉伸过程中平面应变模型 |
| 5.1.2 边界条件与内聚力单元 |
| 5.2 陶瓷层与粘接层界面应力应变分布 |
| 5.3 裂纹扩展路径观察 |
| 5.4 热障涂层裂纹判断方法 |
| 5.5 界面织构对涂层裂纹行为的作用机理 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 进一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间的研究成果 |
（3）热障涂层失效机理、改进方法及未来发展方向（论文提纲范文）
| 1 YSZ服役过程中现存的问题 |
| 1.1 高温服役过程中TGO的生长 |
| 1.2 高温烧结 |
| 1.3 CMAS腐蚀 |
| 1.4 盐雾腐蚀 |
| 1.5 热膨胀失配 |
| 2 YSZ性能改善的措施 |
| 2.1 TGO生长的控制 |
| 2.2 提升YSZ的抗烧结性 |
| 2.2.1 稀土离子取代的LZ涂层 |
| 2.2.2 双陶瓷层结构 |
| 2.3 改善涂层抗CMAS腐蚀性 |
| 2.4 提高抗盐雾腐蚀性能 |
| 2.5 热膨胀失配控制 |
| 3 未来发展方向 |
| 3.1 制备工艺的改善 |
| 3.1.1 等离子物理气相沉积 |
| 3.1.2 纳米热喷涂 |
| 3.2 新型陶瓷层材料 |
| 3.2.1 钙钛矿结构钡盐和钽酸盐 |
| 3.2.2 石榴石结构稀土铝酸盐 |
| 3.2.3 磁铅石结构稀土铝酸盐 |
| 3.2.4 独居石结构稀土磷酸盐 |
| 4 结语 |
（4）CoNiCrAlY粘结层的激光冲击处理工艺及高温失效机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 热障涂层概述 |
| 1.2.1 热障涂层发展历史 |
| 1.2.2 热障涂层结构 |
| 1.2.3 热障涂层材料 |
| 1.3 热障涂层制备技术 |
| 1.3.1 粘结层制备技术 |
| 1.3.2 陶瓷层制备技术 |
| 1.4 热障涂层失效机制 |
| 1.5 提高热障涂层服役寿命的基本方法 |
| 1.5.1 改进研发热障涂层制备工艺 |
| 1.5.2 研究新型热障涂层结构 |
| 1.5.3 粘结层表面改性 |
| 1.6 激光冲击处理改性技术的研究简介 |
| 1.7 本文研究目的与内容 |
| 1.7.1 论文的研究目的与意义 |
| 1.7.2 研究内容 |
| 第二章 实验原理与研究方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.1.1 基体材料 |
| 2.1.2 粘结层材料 |
| 2.2 热障涂层制备过程 |
| 2.2.1 大气等离子喷涂粘结层 |
| 2.2.2 激光冲击处理粘结层 |
| 2.2.3 电子束物理气相沉积陶瓷层 |
| 2.3 热障涂层性能测试 |
| 2.3.1 显微硬度测试 |
| 2.3.2高温氧化实验 |
| 2.3.3 热震试验 |
| 2.3.4 应力测试 |
| 2.4 热障涂层结构表征 |
| 2.4.1 微观形貌分析 |
| 2.4.2 物相组织分析 |
| 2.4.3 热生长氧化物(TGO)增长速率的计算 |
| 第三章 激光冲击处理对热障涂层微观形貌、物相组织及硬度的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 热障涂层的制备 |
| 3.3 ANSYS模拟激光冲击处理粘结层及参数优化 |
| 3.4 不同激光冲击处理工艺下热障涂层的微观形貌及物相组织 |
| 3.4.1 激光冲击处理前后粘结层表面微观形貌 |
| 3.4.2 激光冲击处理前后粘结层表层物相组织 |
| 3.5 不同激光冲击处理工艺下热障涂层的硬度 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 激光冲击处理前后热障涂层抗高温氧化性能及应力分布 |
| 4.1 引言 |
| 4.2高温氧化实验 |
| 4.3 热障涂层高温氧化行为研究 |
| 4.3.1 激光冲击处理前后热障涂层截面微观形貌 |
| 4.3.2 激光冲击处理前后界面TGO生长情况 |
| 4.4 陶瓷层/粘结层界面应力分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 激光冲击处理前后热障涂层抗热震性能及应力分布 |
| 5.1 引言 |
| 5.2热震实验 |
| 5.3 热障涂层热震行为研究 |
| 5.3.1 激光冲击处理前后热障涂层表面脱落情况 |
| 5.3.2 激光冲击处理前后热障涂层物相组织分析 |
| 5.4 陶瓷层/粘结层界面应力分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的论文 |
（5）低导热超高温热障涂层的制备及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 热障涂层简介 |
| 1.2 热障涂层材料发展历程及现状 |
| 1.2.1 传统热障涂层材料 |
| 1.2.2 新型热障涂层材料 |
| 1.3 热障涂层材料性能 |
| 1.4 粉体和涂层的制备方法 |
| 1.4.1 粉体的制备方法 |
| 1.4.2 涂层的制备方法 |
| 1.5 热障涂层材料热物性能的理论基础 |
| 1.5.1 热导率 |
| 1.5.2 热膨胀 |
| 1.5.3 比热容 |
| 1.6 点缺陷理论 |
| 1.6.1 电子缺陷和带点缺陷 |
| 1.7 热障涂层失效机制 |
| 1.7.1 热障涂层的应力失效分析 |
| 1.7.2 热障涂层的潮解失效分析 |
| 1.7.3 热障涂层的TGO失效分析 |
| 1.7.4 热障涂层的烧结失效分析 |
| 1.8 掺杂理论 |
| 1.9 论文选题依据及研究内容 |
| 第2章 材料制备与性能表征的方法与原理 |
| 2.1 药品信息 |
| 2.2 样品制备 |
| 2.2.1 固相反应法制备粉体 |
| 2.2.2 等离子喷涂制备涂层 |
| 2.3 表征分析技术 |
| 2.3.1 结构表征 |
| 2.3.2 热行为分析 |
| 2.3.3 涂层密度测试 |
| 2.3.4 粉体流动性 |
| 2.3.5 粉体松装密度 |
| 2.3.6 涂层潮解性能 |
| 2.3.7 X射线光电子能谱 |
| 2.3.8 拉曼测试 |
| 2.3.9 涂层强度分析 |
| 2.3.10 涂层高温烧蚀分析 |
| 2.3.11 涂层热震性能测试 |
| 2.3.12 涂层热导率 |
| 2.3.13 涂层热辐射发射率 |
| 第3章 二元离子掺杂氧化锆晶体结构和热物理性能 |
| 3.1 本章引言 |
| 3.2 粉体和涂层的制备及表征 |
| 3.2.1 粉体和涂层相结构 |
| 3.2.2 粉体和涂层微观形貌 |
| 3.2.3 粉体拉曼测试 |
| 3.3 涂层热力学性能表征 |
| 3.3.1 涂层的热导率分析 |
| 3.3.2 涂层的热震性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 三价稀土离子掺杂YYbGd晶体结构和热物理性能 |
| 4.1 本章引言 |
| 4.2 粉体制备及表征 |
| 4.2.1 粉体表征 |
| 4.2.2 粉体粒径分析 |
| 4.2.3 粉体流动性和松装密度 |
| 4.2.4 粉体热稳定性 |
| 4.3 涂层制备及性能表征 |
| 4.3.1 烧蚀涂层制备 |
| 4.3.2 涂层微观分析 |
| 4.3.3 拉曼测试 |
| 4.3.4 涂层热导率测试 |
| 4.3.5 涂层热辐射发射率 |
| 4.3.6 涂层隔热效果测试 |
| 4.3.7 涂层热震性能测试 |
| 4.3.8 涂层热冲击性能测试 |
| 4.3.9 涂层结合强度和剪切强度分析 |
| 4.3.10 涂层的潮解性能分析 |
| 4.3.11 涂层耐腐蚀性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 非稀土离子掺杂DyZr涂层热物理性能 |
| 5.1 本章引言 |
| 5.2 粉体制备 |
| 5.2.1 粉体表征 |
| 5.3 涂层制备及性能表征 |
| 5.3.1 涂层制备 |
| 5.3.2 涂层微观分析 |
| 5.3.3 拉曼测试 |
| 5.3.4 XPS分析 |
| 5.3.5 涂层热导率分析 |
| 5.3.6 涂层热辐射发射率分析 |
| 5.3.7 涂层的烧蚀性能分析 |
| 5.3.8 涂层的热震性能分析 |
| 5.3.9 涂层耐腐蚀性能分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 孔结构对涂层热物理性能影响 |
| 6.1 本章引言 |
| 6.2 涂层自带孔结构分析 |
| 6.2.1 有限元分析涂层几何模型的建立 |
| 6.2.2 数值模拟理论基础 |
| 6.2.3 数值模拟过程 |
| 6.2.4 自带孔结构涂层应力分析 |
| 6.3 热障涂层喷涂孔结构设计 |
| 6.3.1 模型设计 |
| 6.3.2 边界条件和初始条件 |
| 6.3.3 孔结构涂层热物性分析 |
| 6.4 结论 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 附录——不同元素的XPS特征峰 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）多尺度孔隙结构热障涂层的微观结构及力学性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 热障涂层研究现状 |
| 1.2.1 热障涂层的概念 |
| 1.2.2 热障涂层的制备方法 |
| 1.2.3 热障涂层的微观结构与涂层力学性能关系 |
| 1.3 力学性能表征技术 |
| 1.3.1 拉伸 |
| 1.3.2 压入 |
| 1.3.3 热震性能 |
| 1.4 力学性能计算模拟 |
| 1.5 研究目的 |
| 1.6 研究内容 |
| 1.7 研究意义 |
| 2 热障涂层多尺度孔隙结构设计、制备及微细结构分析 |
| 2.1 微/纳米尺度孔隙结构热障涂层孔隙结构设计 |
| 2.2 微/纳米尺度孔隙热障涂层子孔隙结构制备 |
| 2.3 微/纳米尺度孔隙热障涂层微细结构分析 |
| 2.4 三维X射线扫描重构分析数据 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 多尺度孔隙结构热障涂层力学性能有限元模拟 |
| 3.1 微/纳米尺度孔隙结构热障涂层几何模型的建立 |
| 3.2 微/纳米尺度孔隙结构热障涂层力学性能模拟 |
| 3.3 裂纹 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 多尺度孔隙结构热障涂层变形特性 |
| 4.1 微/纳米孔隙结构热障涂层压入特性 |
| 4.2 微/纳米尺度孔隙热障涂层抵抗变形特性 |
| 4.3 微/纳米尺度孔隙热障涂层变形恢复特性 |
| 4.4 微/纳米尺度孔隙热障涂层变形特征分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 多尺度孔隙热障涂层交变载荷变形特性 |
| 5.1 微/纳米尺度孔隙热障涂层纳米交变载荷加载回复特性 |
| 5.2 微/纳米尺度孔隙热障涂层纳米交变载荷加载回复机制分析 |
| 5.3 微/纳米尺度孔隙热障涂层断裂韧性 |
| 5.4 微/纳米尺度孔隙热障涂层的增韧机理分析 |
| 5.4.1 微米孔隙增韧机理 |
| 5.4.2 纳米孔隙增韧机理 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及成果 |
| 致谢 |
（7）热障涂层表面裂纹与界面裂纹相互作用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 热障涂层概述 |
| 1.2.1 热障涂层结构特征 |
| 1.2.2 热障涂层失效因素和形式 |
| 1.2.3 不同制备工艺的失效机理 |
| 1.3 热障涂层裂纹研究现状 |
| 1.3.1 热障涂层表面裂纹的研究现状 |
| 1.3.2 热障涂层界面裂纹的研究现状 |
| 1.3.3 热障涂层表面/界面裂纹相互作用的研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 热障涂层应力场分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 热障涂层多层结构应力场 |
| 2.2.1 内部应力场理论解 |
| 2.2.2 热障涂层内部应力场有限元比较与分析 |
| 2.2.3 界面应力场理论解 |
| 2.2.4 热障涂层界面应力场有限元比较与分析 |
| 2.3 热障涂层系统应力场 |
| 2.3.1 热障涂层系统有限元模型建立 |
| 2.3.2 应力场分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 双层热障涂层的断裂分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 热载荷下热障涂层的表面裂纹 |
| 3.2.1 热载荷下热障涂层表面裂纹的理论解 |
| 3.2.2 热载荷下热障涂层表面裂纹的有限元比较与分析 |
| 3.3 热载荷下热障涂层的界面裂纹 |
| 3.3.1 热载荷下热障涂层界面裂纹的理论解 |
| 3.3.2 热载荷下热障涂层界面裂纹的有限元比较与分析 |
| 3.4 热载荷下热障涂层表面/界面裂纹的相互作用 |
| 3.4.1 表面裂纹与界面裂纹相互作用的有限元模型 |
| 3.4.2 结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 热障涂层系统的裂纹扩展 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算断裂力学方法 |
| 4.2.1 内聚力单元法 |
| 4.2.2 扩展有限元法 |
| 4.3 有限元模型与分析 |
| 4.3.1 表面裂纹模型 |
| 4.3.2 界面裂纹模型 |
| 4.3.3 表面裂纹-界面裂纹相互作用 |
| 4.4 影响因素分析 |
| 4.4.1 氧化层幅值的影响 |
| 4.4.2 氧化层厚度的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（8）热障涂层高温生长应力研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 热障涂层发展现状 |
| 1.3 热障涂层失效原因 |
| 1.4 热障涂层TGO的生长模型 |
| 1.4.1 TGO生长应力的产生 |
| 1.4.2 TGO生长应力率无关理论模型 |
| 1.4.3 TGO生长应力应力演化理论模型 |
| 1.5 热障涂层寿命预测研究现状 |
| 1.6 本文的主要研究工作 |
| 1.7 本文的内容安排 |
| 第二章 TGO恒温生长的解析解 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 TBCs材料参数 |
| 2.3 率无关球模型 |
| 2.3.1 弹性解 |
| 2.3.1.1 TGO横向生长应变的影响 |
| 2.3.1.2 TGO厚度的影响 |
| 2.3.1.3 生长应变线性梯度分布的影响 |
| 2.3.1.4 指数m的影响 |
| 2.3.2 塑性解 |
| 2.3.2.1 屈服半径随厚度的变化 |
| 2.3.2.2 屈服强度的影响 |
| 2.4 应力演化球模型 |
| 2.4.1 有限差分法求解 |
| 2.4.2 增厚系数A的影响 |
| 2.4.3 Cox的影响 |
| 2.4.4 Dox的影响 |
| 2.4.5 材料蠕变的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 TGO生长应力的有限元解 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 ANSYS子程序UPFs简介 |
| 3.3 率无关球模型的有限元解 |
| 3.3.1 与理论解比较验证 |
| 3.3.2 各个形貌的有限元模型 |
| 3.4 应力演化球模型的有限元解 |
| 3.4.1 与理论解比较验证 |
| 3.4.2 各个形貌的有限元模型 |
| 3.4.3 恒温氧化时TC层烧蚀的影响 |
| 3.5 变温氧化 |
| 3.5.1 计算仿真方案 |
| 3.5.2 TC层应力分布的演化情况 |
| 3.5.3 最大应力值的变化情况 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 TGO生长导致的涂层失效 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 寿命模型的建立 |
| 4.2.1 TGO层高温生长 |
| 4.2.2 TC层烧蚀 |
| 4.2.3 热失配应力 |
| 4.3 热循环试验数据 |
| 4.4 模型计算与寿命预测 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（9）激光仿生耦合改性热障涂层的组织与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 热障涂层的研究现状 |
| 1.2.1 热障涂层的结构体系 |
| 1.2.2 热障涂层的材料体系 |
| 1.2.3 热障涂层的制备技术 |
| 1.2.4 热障涂层的失效形式 |
| 1.2.5 改善热障涂层性能的方法与手段 |
| 1.3 生物耦合止裂原理及其仿生抗疲劳设计 |
| 1.3.1 生物耦合止裂功能原理 |
| 1.3.2 多元耦合仿生 |
| 1.3.3 仿生耦合抗热疲劳设计 |
| 1.4 激光仿生耦合改性技术 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 第二章 试验材料与研究方法 |
| 2.1 热障涂层仿生结构设计 |
| 2.2 试验材料 |
| 2.2.1 基体材料 |
| 2.2.2 涂层材料 |
| 2.3 热障涂层制备方法 |
| 2.3.1 基体预处理 |
| 2.3.2 粘结层制备 |
| 2.3.3 陶瓷层制备 |
| 2.4 激光仿生耦合改性热障涂层的制备 |
| 2.4.1 激光加工制备系统 |
| 2.4.2 制备的部分激光仿生耦合改性热障涂层 |
| 2.5 涂层组织与性能表征 |
| 2.5.1 显微组织、表面形貌与粗糙度测量 |
| 2.5.2 显微硬度测量 |
| 2.5.3 物相分析 |
| 2.5.4 残余应力测量 |
| 2.5.5 结合强度测试 |
| 2.5.6 隔热性能测试 |
| 2.5.7 热震性能测试 |
| 2.5.8 抗固体颗粒冲蚀性能测试 |
| 2.5.9 抗热腐蚀性能测试 |
| 第三章 仿生耦合热障涂层的工艺参数优化及后热处理 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光加工工艺参数优化及分析 |
| 3.2.1 正交试验设计方案 |
| 3.2.2 正交试验结果与分析 |
| 3.2.3 试验因素对单元体宽度及深度的影响规律及分析 |
| 3.2.4 激光加工参数的选择 |
| 3.3 仿生耦合热障涂层的后热处理 |
| 3.3.1 仿生耦合热障涂层的宏观残余应力 |
| 3.3.2 仿生耦合热障涂层的整体去应力退火 |
| 3.3.3 去应力退火对仿生耦合热障涂层残余应力的影响 |
| 3.4 本章小节 |
| 第四章 单元体形态对仿生耦合热障涂层的组织与性能影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 仿生耦合单元体的微观组织与形貌 |
| 4.2.1 表面形貌 |
| 4.2.2 显微组织 |
| 4.2.3 相结构 |
| 4.2.4 显微硬度 |
| 4.3 单元体形状对仿生耦合热障涂层性能的影响 |
| 4.3.1 不同形状仿生单元体的表面形貌与显微组织 |
| 4.3.2 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的结合强度 |
| 4.3.3 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的隔热性能 |
| 4.3.4 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的抗热震性能 |
| 4.3.5 不同单元体形状仿生耦合热障涂层的抗固体颗粒冲蚀性能 |
| 4.4 单元体间距对仿生耦合热障涂层性能的影响规律研究 |
| 4.4.1 不同单元体间距仿生耦合热障涂层的隔热性能 |
| 4.4.2 不同单元体间距仿生耦合热障涂层的抗热震性能 |
| 4.5 本章小节 |
| 第五章 陶瓷层母材对仿生耦合热障涂层的组织与性能影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 陶瓷层材料及其影响规律 |
| 5.2.1 不同陶瓷层母体材料的显微组织 |
| 5.2.2 陶瓷层母体材料对单元体表面形貌与显微组织的影响 |
| 5.3 陶瓷层材料对仿生耦合热障涂层性能的影响 |
| 5.3.1 对仿生耦合热障涂层结合强度的影响及分析 |
| 5.3.2 对仿生耦合热障涂层隔热性能的影响及分析 |
| 5.3.3 对仿生耦合热障涂层抗热震性能的影响及分析 |
| 5.3.4 对仿生耦合热障涂层抗热腐蚀性能的影响及分析 |
| 5.4 本章小节 |
| 第六章 单元体材料对仿生耦合热障涂层的组织与性能影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 不同Ti Al3含量仿生单元体的微观组织与形貌 |
| 6.2.1 表面形貌 |
| 6.2.2 显微组织 |
| 6.2.3 相结构分析 |
| 6.3 单元体材料对仿生耦合热障涂层抗热震性能的影响 |
| 6.4 本章小节 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（10）涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 热障涂层的重大需求与发展瓶颈 |
| 1.1.1 航空发动机对热障涂层的重大需求 |
| 1.1.2 热障涂层及其典型结构特征 |
| 1.1.3 热障涂层的剥落瓶颈 |
| 1.2 剥落失效的研究现状与困境 |
| 1.2.1 诱导热障涂层剥落的关键因素 |
| 1.2.2 基于寿命理念的关键破坏模式预测 |
| 1.2.3 剥落寿命研究面临的困境 |
| 1.3 热障涂层可靠性理念的优势与研究挑战 |
| 1.3.1 结构可靠性的基本概念 |
| 1.3.2 热障涂层服役可靠性评价的优势 |
| 1.3.3 热障涂层可靠性评价的研究现状与挑战 |
| 1.4 本文的选题依据与研究内容 |
| 1.4.1 本文的选题依据 |
| 1.4.2 本文的主要内容 |
| 第2章 涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价的总体思路与关键技术 |
| 2.1 涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价的总体思路 |
| 2.2 典型破坏模式及其准则 |
| 2.3 材料、结构与环境参数的随机性及其分布规律 |
| 2.4 可靠性理论 |
| 2.4.1 Monte-Carlo抽样方法 |
| 2.4.2 均值法与改进均值法 |
| 2.5 基于NESSUS和有限元软件的涡轮叶片可靠性计算方法 |
| 2.6 灵敏度分析与关键影响因素提炼方法 |
| 2.7 基于П定理的参数优化 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 高温气流下涡轮叶片热障涂层的冲蚀服役可靠性评价 |
| 3.1 热障涂层冲蚀率模型 |
| 3.2 高温气流下涡轮叶片热障涂层冲蚀破坏的数值模拟与分析 |
| 3.2.1 冲蚀失效数值模拟基本理论 |
| 3.2.2 涡轮叶片热障涂层冲蚀的有限元建模 |
| 3.2.3 冲蚀破坏模拟及机制分析 |
| 3.3 涡轮叶片热障涂层冲蚀失效准则 |
| 3.4 影响冲蚀失效各参数的统计特征分析 |
| 3.5 冲蚀服役可靠性评价 |
| 3.6 冲蚀失效关键影响因素分析 |
| 3.6.1 基于可靠性灵敏度的关键影响因素分析 |
| 3.6.2 基于П定理的影响因素分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 涡轮叶片热障涂层界面氧化的可靠性评价 |
| 4.1 基于相场理论的热障涂层界面氧化破坏机制分析 |
| 4.1.1 氧化诱导涂层开裂的相场模型 |
| 4.1.2 界面断裂相场模型的经典案例验证 |
| 4.1.3 热循环条件下氧化诱导裂纹扩展的相场模拟 |
| 4.2 热障涂层界面氧化失效准则的建立 |
| 4.2.1 基于相场法的热障涂层界面氧化失效准则 |
| 4.2.2 基于临界能量释放率的热障涂层界面氧化失效准则 |
| 4.3 氧化影响参数的统计特征分析 |
| 4.4 热障涂层界面氧化失效可靠性评价 |
| 4.5 界面氧化关键因素分析 |
| 4.5.1 基于可靠性灵敏度的影响因素分析 |
| 4.5.2 基于П定理的影响因素分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 涡轮叶片热障涂层可靠性评价的应用研究 |
| 5.1 可靠性理论在涡轮叶片热障涂层热震性能评价中的应用 |
| 5.2 可靠性理论在涡轮叶片热障涂层燃气热冲击性能评价中的应用 |
| 5.3 服役环境下涡轮叶片热障涂层氧化失效的可靠性评价 |
| 5.4 服役可靠性与寿命预测的转换 |
| 5.5 涡轮叶片热障涂层失效权重的分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 个人简历和在校期间取得的学术成果 |
四、FEM ANALYSIS OF THERMAL STRESSES IN GRADIENT THERMAL BARRIER COATINGS PRODUCED BY EB-PVD（论文参考文献）
- [1]热障涂层热物性研究进展[J]. 金圣皓,王博翔,赵长颖. 航空制造技术, 2021
- [2]基于数字图像相关法的界面织构热障涂层裂纹演变行为研究[D]. 王力. 江西理工大学, 2021(01)
- [3]热障涂层失效机理、改进方法及未来发展方向[J]. 王志平,费宇杰,刘延宽. 表面技术, 2021(07)
- [4]CoNiCrAlY粘结层的激光冲击处理工艺及高温失效机理研究[D]. 朱佳茗. 江苏大学, 2020(02)
- [5]低导热超高温热障涂层的制备及其性能研究[D]. 杨明. 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2020(01)
- [6]多尺度孔隙结构热障涂层的微观结构及力学性能[D]. 贾涵. 西安工业大学, 2020(04)
- [7]热障涂层表面裂纹与界面裂纹相互作用研究[D]. 赵凯. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [8]热障涂层高温生长应力研究[D]. 陈智. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [9]激光仿生耦合改性热障涂层的组织与性能研究[D]. 张盼盼. 吉林大学, 2019(02)
- [10]涡轮叶片热障涂层服役可靠性评价及其应用研究[D]. 肖逸奇. 湘潭大学, 2019(12)