AlTiN涂层合金划痕测试的失效形式及其失效机理的有限元分析

为了研究硬质合金基体中硬质相和粘结相对涂层内聚失效抗力(LC1)和膜基结合力(LC2)的协同作用,设计制备了具有硬质相+粘结相两相结构的WC-10Co-0.65Cr_3C_2-0.35VC(10Co)、无金属粘结相WC-6Mo_2C-0.68Cr_3C_2-0.37VC(bWC)和无硬质相85.1Co-9.2W-4.7Cr_3C_2–1.0VC(CoW)合金。采用直流磁控溅射技术,在上述合金基体表面分别沉积了厚度约5μm的Al0.55Ti0.45N薄膜。通过划痕测试获得的LC1和LC2及其差值,对涂层的失效形式进行了表征。通过划痕测试过程中涂层应力分布的有限元分析,研究涂层合金划痕失效形式所对应的形成机理。在此,LC1对应涂层首次被剥离或基体首次被暴露时所对应的载荷,与涂层的内聚失效抗力呈正相关关系;LC2对应涂层被完全从基体剥离时的载荷,表征涂层合金的膜基结合强度。在此基础上,进一步研究WC–Co合金基体中WC晶粒度和Co含量对涂层合金划痕测试过程中涂层中应力分布的影响。结果表明,采用软质CoW合金基体,涂层的LC1和LC2均为最低;采用硬质bWC合金基体,涂层的LC2最大,但LC1和LC2差值也最大;采用10Co合金基体,涂层的LC1最大,LC1和LC2差值最小。涂层与基体的杨氏模量比和基体硬度是影响LC1和LC2的关键因素。降低硬质合金基体的晶粒度,选择适中的Co含量,均有利于LC1和LC2的同步改善。

航空发动机涡轮叶片热障涂层研究现状

热障涂层是一种可以有效保障航空发动机涡轮叶片正常工作,同时显著提高其工作效率和服役时间的表面防护技术。热障涂层的性能在很大程度上影响叶片的承温和抗腐蚀能力,进而间接影响航空发动机的服役性能。涂层性能主要受其结构和材料2个方面的影响。介绍了涂层结构的优缺点和研究进展,当前常见的结构形式有双层结构、多层结构和梯度结构;介绍了粘结层材料的研究进展;对陶瓷层材料的研究进展进行了详述,如YSZ的掺杂改性、A2B2O7型化合物、钙钛矿结构材料以及近年来兴起的几种高熵陶瓷材料,其中高熵陶瓷材料包括:高熵稀土钽酸盐、铝酸盐、锆/铪酸盐、磷酸盐、硅酸盐以及高熵稀土氧化物,分别从热导率、热膨胀系数、断裂韧性、热循环寿命和抗腐蚀能力等方面对其进行介绍;概述了热障涂层常见的几种失效形式如:TGO失效、CMAS腐蚀以及高温烧结,并且对其发生机理进行简要的介绍;展望了热障涂层未来的发展趋势和方向。