应用介绍

热障涂层冲蚀行为的评价

热障涂层(TBCs)是一种先进的材料，在许多与高温有关的领域中发挥着关键作用。热障涂层的作用是隔离暴露在持续高热流中的部件。

 图1 燃气轮机

这些涂层主要应用于燃气轮机和航空航天领域，其任务是保护高温合金基体免受温度相关的损伤和固体颗粒带来的侵蚀。

图2热障涂层(TBCs)保护基合金免受热和侵蚀

利用Ducom空气射流冲蚀试验机进行高温冲蚀试验，可以对热障涂层的性能进行评价。Ducom气流喷砂冲蚀试验机是一种独特的仪器，能够测试在侵蚀下的大块材料和涂层。它的性能范围从对样品进行严格控制的温和侵蚀，到现场看到的一些最严酷的侵蚀条件，颗粒流动高达100米/秒和10克/分钟，在高达1000℃或更高的温度。

它可以绘制特定涂层的特征曲线，并将其与已知涂层的曲线进行比较。影响涂层冲蚀行为的主要因素是涂层的粒径和速度、冲击角和涂层的微观组织。

热障涂层通常呈柱状组织，这有利于涂层的抗裂纹扩展和应变能力。如下图所示，热障涂层柱半径与侵蚀程度成正比关系。

侵蚀与颗粒速度的关系也有类似的趋势，前者与后者呈指数关系。因此，精确控制颗粒速度对于精确评估其对先进材料侵蚀行为的影响至关重要。

粒径对侵蚀的影响更为复杂。如果颗粒尺寸较低，横向裂纹主导磨损行为，冲蚀遵循颗粒尺寸的近指数依赖关系。随着颗粒尺寸的增大，压实变形成为主导，颗粒尺寸增大导致侵蚀增加的速率较低。当较大的颗粒冲击涂层时，会发生大的塑性变形;随后的侵蚀与颗粒大小成正比，但比例系数更低，导致侵蚀与颗粒大小之间总体呈s形关系。

与NiCr合金相比，冲击角对热障涂层的侵蚀有很大不同的影响。在热障涂层中，侵蚀随冲击角的增大而增大，尽管侵蚀速率较低。另一方面，NiCr合金在45°左右时也有相同的趋势，然后两者的关系反转，角度越大，侵蚀越低。

热障土的侵蚀特征曲线可用于热障土的验证、改进和标定。Ducom 气流喷砂冲蚀试验机能够精确控制不同粒径的侵蚀颗粒的速度和冲击角度，从而生成特征曲线，为研究人员研究和改进热障涂层提供依据。