热障涂层破坏机理和实验表征方法研究

《热障涂层破坏机理和实验表征方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、word专业整理推荐国家自然科学奖项目公示项目名称热障涂层破坏机理及实验表征方法研究推荐单位湖南省科学技术厅推荐单位意见：我单位认真阅读了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，有关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。作为提升服役温度最切实可行的办法，热障涂层已成为世界各国航空发动机必不可少的隔热防护材料，但涂层剥落是制约其发展与应用的瓶颈，开展极其复杂服役环境下、极其复杂热障涂层体系的破坏机理及实验表征方法研究，是国家重大需求急需解决的关键问题，也是固体力学研究领域的巨大挑战，具有重要的科学与工程意义。该成果由湘潭大学独立完成，针对我国航空发动机热障涂层的重大需求、涂

2、层剥落瓶颈突出的问题，1999年开始最早在国内从材料和力学交叉的角度，系统、深入地开展热障涂层破坏机制、优劣评价指标与实验表征方法的研究，且始终坚持与工程实际紧密结合，解决涂层剥落这一工程问题后的重大科学问题，并服务于工程，取得系列有影响力的创新成果：(1)发现并阐明了“热障涂层剥落发生于飞机服役后的停机阶段”这一破坏机制，极大地打破了科学界关于失效发生于服役过程的常识；(2)发现了失效模式只依赖于应力波信号频率的新现象，揭示出热障涂层服役寿命决定于界面裂纹扩展模式与速率的机制；(3)系统建立了我国热障涂层试车前性能、损伤与机制检测、分析的方法、模型与试验平台，解决了定量评价涂层性能与损

3、伤的关键与科学问题，突破了国际热障涂层试验装置对我国的封锁，为我国热障涂层的工艺改进、破坏预报与安全应用提供重要指导，保障了多种型号航空发动机热障涂层的研制、生产与应用。上述成果在IJP、IJSS等国际力学权威刊物发表论文81篇，他引798次，8篇代表性论文他引281次，其中SCI他引228次；且广泛应用于我国发动机企业与研究机构，为热障涂层的安全应用提供了关键支撑。2015年由航空发动机领域的刘大响院士、李应红院士、力学领域的方岱宁院士组成的鉴定专家组认为：整体技术达到国际先进水平。该项目获2014年度湖南省自然科学奖一等奖。对照国家自然科学奖授奖条件，推荐该项目申报2017年度国家自

4、然科学奖二等奖。学习资料整理分享word专业整理项目简介：本领域属于固体力学和材料学交叉的研究领域。自主研制高性能航空发动机是提高我国国防实力与核心竞争力的重中之重，服役温度最高的一盘(涡轮盘)两片(导向、工作叶片)始终是制约发动机的短板。世界航空推进计划的三大隔热防护技术中，单晶与冷却气膜的发展潜力已非常有限，热障涂层成为提升服役温度最切实可行的办法。但应用有热障涂层的一盘两片等部件，几何形状、微观结构极为复杂，除了高温，还需面临极高压力(2个三峡大坝)、极高气流速度(8-17级大风)、2-5万转速等极端恶劣的服役环境，造成涂层发生极其复杂的剥落。极其复杂环境下、复杂热障涂层体系的界面

5、断裂、强度及其表征方法与平台是解决涂层剥落的关键，也是固体力学领域面临的巨大挑战。基于此，本项目以复杂环境下热障涂层的界面破坏机制为核心，以指导工艺与应用为目标，在服役环境下的破坏机制、微结构演变、试验方法与平台等方面取得了系列创新成果，在多种型号航空发动机热障涂层研制、批量生产与应用中发挥重要作用，取得显著军事效益。(1)发现了热障涂层剥落发生于飞机服役后停机过程的新机制，极大地打破了科学界关于失效发生于服役过程的常识。基于热力环境下体系的应力场分析，得出长时间蠕变、氧化与热失配机制下涂层及界面的压应力将使得涂层发生屈曲失效，为这一机制的理解给出了理论解释。进一步提出了界面热力屈曲断裂

6、的理论与实验方法，观察并阐明了剥落于卸载的现象与物理机制，为理解热障涂层剥落的科学本质提供指导与方向。两篇代表论文他引93次，并作为重要章节录入《ProgressinGasTurbinePerformance》、《EncyclopediaofThermalStresses》等专著。(2)发现了裂纹模式只依赖于应变能释放频率的新现象，以此为依据建立了高温服役环境下热障涂层裂纹萌生与扩展的声发射实时表征方法。进一步建立了热力载荷作用下涂层开裂、界面剥离的断裂力学模型，阐明了热/力/氧化及多场耦合下热障涂层微结构演变的规律与机制，建立了热力环境下热障涂层关键损伤的破坏机制图，为涂层服役寿命取决

7、于界面裂纹的机制提供实验依据。这方面的成果受到热障涂层领域M.Watanabe、C.V.Ramana等著名学者的重点引用。(3)系统建立了定量评价热障涂层性能与损伤、可等效模拟热障涂层服役环境并实时检测其失效过程的试验方法与平台，解决了压痕法表征涂层力学性能不唯一、定量表征模型与方法匮乏的关键科学与工程问题，突破了国际热障涂层试验模拟技术对我国的封锁，为我国热障涂层的工艺改进、破坏预报与安全应用提供重要指导。目前项目成果已广泛应用于