题目：热力载荷下定向高温合金/热障涂层的失效行为

电子束物理气相沉积热障涂层具有良好的高温隔热和抗氧化腐蚀性能，在提高先进燃气涡轮发动机叶片服役温度、延长叶片服役寿命等方面具有重要的作用。由于发动机叶片热障涂层的工作环境不仅仅是高温，必须注意到发动机叶片是在高温强气流冲刷、高低温循环、高应力载荷、交变应力的服役环境下工作的，即热障涂层除了受到高温和气氛的作用外，还要受到各种机械载荷的作用（力学环境：高温蠕变与持久、高低周疲劳），所以研究和模拟实际发动机工作环境下热障涂层的失效模式和失效机理以及研究热障涂层对合金基体力学性能的影响，是进一步提高热障涂层服役寿命、推动热障涂层在航空发动机上应用的重要前提。本文针对采用电子束物理气相沉积技术制备的热障涂层在热力耦合作用下的失效模式进行了研究，并与单一热载荷作用下热障涂层失效模式进行了对比，同时研究了热障涂层对合金基体室温拉伸性能和高温持久性能的影响。单一热载荷作用下，热障涂层的失效多是由于萌生于热氧化层TGO内的裂纹造成的，而在热力耦合作用下，由于基体、粘结层、TGO和陶瓷层之间的力学性质以及热学性质的差异，高温拉压环境下热障涂层中裂纹多萌生于陶瓷层/TGO、扩散层/合金基体的界面上；高温恒应力条件下热障涂层中裂纹多萌生于陶瓷层/粘结层以及扩散层/粘结层界面上。有限元模拟结果显示热力耦合作用下，陶瓷层/TGO、TGO/粘结层之间界面上存在应力状态的转变和应力值的突变，径向应力的突变导致陶瓷层/TGO、TGO/粘结层界面分离，而轴向应力的突变加速了垂直于界面的粘结层中微裂纹的扩展。力学性能分析测试结果表明，热障涂层对合金基体室温拉伸以及1100℃/100MPa高温持久性能影响很小。