防护涂层老化模式应用及寿命预测

介绍一种评估飞机结构防护涂层老化的方法－当量法，这种方法利用涂层大鼠暴露试验和加速试验数据，建立统一的老化模型，从而确定涂层自然老化与加速试验老化的当量关系，并且给出了涂层老化当量关系的计算结果，进而得到了涂层使用寿命。通过试验结果与计算结果的比较所建立的老化模型描述飞机结构涂层老化是合适的，现已用于评估某飞机涂层的老化。     

沿海环境下服役飞机铝合金零件的表面涂层破坏与腐蚀

 为了探讨在斐济沿海机场某型国产飞机铝合金零件出现的腐蚀问题,研究了热带海洋环境条件下油漆涂层的老化失效对铝合金零件腐蚀的影响,采用宏观、微观腐蚀形貌,腐蚀产物成分分析等方法,对比研究了实验室中性盐雾和紫外光老化条件下油漆涂层的老化失效特点。结果表明在海洋环境和实验室环境条件下,飞机铝合金零件都是先出现表面涂层的老化失效,而后表面氧化膜层和基体出现点腐蚀,直至发生晶间腐蚀到剥蚀破坏。分析认为铝合金零件表面油漆涂层的老化失效起源于热带海洋大气环境中温度、湿度、Cl^-、光照等共同作用导致的微孔隙、微裂纹等缺陷。     

电子束物理气相沉积LaZrCeO热障涂层微结构与热循环性能

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是一种由金属黏结层、热生长氧化物层和陶瓷面层组成的金属-陶瓷复合系统,在先进的航空发动机领域上引起了广泛的关注,但目前先进热障涂层的热循环寿命提升和失效行为研究仍然是一个难点。本研究采用电子束物理气相沉积技术(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)制备LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层,研究热障涂层的相结构、显微组织和失效行为。结果表明:LaZrCeO/YSZ涂层为烧绿石与萤石结构组成的复合涂层材料,LaZrCeO/YSZ涂层的微观结构由羽毛状纳米结构和柱内孔隙组成;在1100℃热循环条件下,LaZrCeO/YSZ双陶瓷层热障涂层展现了良好的热循环寿命;热循环实验后,由于应力累积的作用裂纹在热生长氧化层(TGO)中萌生并扩展,包括水平裂纹和垂直裂纹两大类,进而引起整个涂层体系的不稳定,最终导致涂层失效。     

基于微观结构的热障涂层冲蚀机理数值分析

冲蚀对热障涂层寿命和可靠性会造成严重影响,为深入研究热障涂层冲蚀失效机理,建立了等离子喷涂和电子束物理气相沉积两种热障涂层典型微观结构有限元模型,同时采用LS-DYNA软件模拟了热障涂层冲蚀失效过程。分析了不同微观结构对热障涂层冲蚀失效机理的影响,研究了冲蚀粒子的速度、角度和直径对冲蚀率的影响。结果表明:微观结构对冲蚀机理有极其重要的影响,无因次冲蚀率随冲蚀粒子的速度、角度和直径的增大而增大。此数值模拟方法可为进一步研究热障涂层的抗冲蚀性能提供参考。     

基于失光率的飞机涂层自然曝晒与室内加速老化试验当量加速关系

针对飞机结构表面涂层的老化问题,基于失光率的失效标准,根据Arrhenius公式分别建立了服从对数正态分布和Weibull分布的当量加速关系理论模型,通过自然曝晒试验和实验室加速老化试验验证了两种理论模型的合理性,并使用两种模型分别预测了飞机涂层的老化寿命。结果表明,对数正态分布模型的预测结果比Weibull模型的预测结果更接近飞机涂层寿命的实际值。     

不同热暴露状态下Nb/Mo多层金属复合材料微观特征分析

利用电弧沉积法研制出新型Nb／Mo多层金属复合高温结构材料，在复合材料表面制备相应的高温抗氧化涂层。在大气环境下对该材料进行了高温热暴露试验，并对不同热暴露状态的Nb／Mo多层金属复合材料进行了微观组织观察和分析。结果表明，在可靠的抗氧化涂层的保护下，Nb／Mo多层金属复合材料在1600℃热暴露15h后，其内部层间组织结构仍基本保持完整。     

用EIS法研究丙烯酸聚氨酯涂层的光老化性能

 用交流阻抗图谱法(EIS)研究了丙烯酸聚氨酯涂层的紫外光老化过程。老化前后涂层的孔隙率电阻、涂层电容、极化电阻以及双电子层电容均发生了明显变化。涂层孔隙率从1.986×10^-5上升到2.174×10^-4，半定量化地表征了涂层的老化规律。SEM分析验证了涂层孔隙率的变化，涂层失光率、色差变化规律跟孔隙率的变化规律有很好的相关性。研究结果证明,涂层的孔隙率可以作为一个重要参数用来检测及预测涂层的老化规律。最后，根据EDS的检测结果对丙烯酸聚氨酯涂层的老化机理进行了探讨。     

热障涂层的失效机理和力学模型

综述了热障涂层 (TBC)系统的结构特点、常规机械性能的测试方法、失效模式和失效机理 ,分析了现有的几种预测寿命模型。主要结论为 :无论是等离子喷涂法 ,还是电子束物理汽相沉积法 (ED -PVD)和电子束化学汽相沉积法制造的涂层 ,粘结层的氧化是失效的一个重要原因 ;目前广泛采用的压痕法以及数值分析法得到的涂层材料性能与实际情况都有较大的差距 ;在制造和热处理过程中带来的残余应力与残余应变对涂层寿命有较大的影响 ,当前的分析和实验手段都不能很好处理这个问题。重点分析了NASA提出的几个涂层寿命模型 ,这些模型都考虑了细观结构的变化和失效机理 ,但模型参数的确定有较大的困难     

热障涂层应力与失效机理若干关键问题的研究进展与评述

综述了热障涂层应力数值模拟类研究的现状。在此基础上,总结归纳了数值模拟类研究的三个关键性问题:热生长氧化物、材料非线性特性、涂层应力状态与失效机理的内在联系。分别探讨了热生长氧化物的生成对于涂层系统内部应力以及失效模式的影响;涂层蠕变特性对于涂层系统内应力的缓解机制;对比分析了APS/EB-PVD两种不同制备方法所制备的热障涂层的失效模式,总结归纳了涂层系统应力状态与其失效机理的内在联系。最后,探讨了当前传统8YSZ热障涂层的发展瓶颈,明确了未来热障涂层的发展将落在探索新型低热导率隔热材料、探索合理的热障涂层体系两个方面。着重介绍了新型双陶瓷层热障涂层,总结了双陶瓷层热障涂层几个重要的研究问题。对于研究新型热障涂层的应力状态及其失效行为、优化涂层结构,有限元数值模拟仍是一种重要的研究手段。     

热障兴层的失效机理和力学模型

综述了热障涂层（TBC）系统的结构特点,常规机械性能的测试方法,失效模式和失效机理,分析了现有的几种预测寿命模型。主要结论为：无论是等离子喷涂法,还是电子束物理汽相沉积法（ED－PVD）和电子束化学汽相沉积法制造的涂层,粘结层的氧化是失效的一个重要原因,目前广泛采用的压痕法以及数值分析法得到的涂层材料性能与实际情况都有较大的差距,在制造和热处理过程中带来的残余应力和残余应变对涂层寿命有较大的影响,当前的分析和实验手段都不能很好处理这个问题。重点分析了NASA提出的几个涂层寿命模型,这些模型都考虑了细观结构的变化和失效机理,但模型参数的确定的较大的困难。     

化学气相沉积法制备氮化硼界面涂层的研究进展

阐述了BN界面的优异性能和CVD制备工艺的优缺点,主要介绍了CVD-BN制备过程中沉积温度、源气体比例、热处理温度等各因素的影响,指出CVD法是制备高品质BN界面涂层的优选方法。优化CVD工艺,对其制备原理进行深入研究,将是BN界面涂层研究的重点,获得特定结构、性能稳定、厚度可控的BN界面相涂层是CVD法制备BN界面相涂层的难点。     

热障涂层结合强度及失效模式研究

采用实验方法研究了热障涂层的结合强度,并探讨了温度、氧化时间、涂层厚度以及基体等因素对结合强度的影响。涂层采用了等离子和EB-PVD两种喷涂工艺,采用双向测试法,分析了粘结层氧化对涂层法向和切向结合强度的影响,研究结果表明同一种喷涂工艺方法,尽管涂层厚度不同,但其结合强度是非常接近的,为带涂层航空发动机部件的强度设计和分析以及涂层失效模型的建立提供的参考。      

铝基复合材料增强体碳、碳化硅和氧化铝表面涂层研究进展

基体与增强体间的界面对金属基复合材料的性质起着重要的作用。通过增强体表面处理和表面涂层可以使界面的性质得以改善。增强体涂层可分为金属涂层、陶瓷涂层 ;单层和多层涂层。涂层的常用制备方法有 :化学镀法、化学气相沉积法及溶胶 凝胶法等。本文针对铝基复合材料三种重要的增强体 :碳、碳化硅和氧化铝表面涂层以及它们对铝基复合材料的界面和性能的影响进行综述     

铝合金结构防腐涂层优选

介绍了用于评价涂层优劣的检测项目，给出了用于评价涂层耐候性的两种加速试验谱，并通过试验检测了目前飞机铝合金结构常用的几种防腐涂层的底漆、面漆和涂层体系的物理机械性能、耐环境性能和耐候性，给出了优选结果，并对常用的防腐涂层体系的性能进行了评价。     

塑料人工加速老化试验方法及老化失效分析

主要分析了塑料材料的老化机理,介绍了塑料材料的几种人工加速老化试验方法。分析研究了塑料及其制品的使用、贮存寿命及人工加速老化与自然老化的相关性,研究分析了依据塑料材料的多项力学性能变化来判断其老化失效的可行性。     

AHP法在军用机场选址中的应用

根据军用机场选址工作具有多因素，多目标、多层次的特点，本文运用ＡＨＰ法的原理进行机场选址方案的评价，在此基础上优选出综合效果最佳的场址。     

热载荷下热障涂层表-界面裂纹间的相互影响

针对高温热载荷条件下APS制热障涂层裂纹失效问题，基于涂层系统热弹、热弹塑性本构关系，考虑陶瓷层/氧化层/粘结层界面凹凸形貌，依据表、界面裂纹位置、性质不同，分别运用断裂力学和损伤力学理论建立裂纹演化模型，结合围线积分和内聚力单元法，分析了热载荷下表、界面裂纹断裂参量及开裂状态，研究了陶瓷层表面裂纹与粘结层/氧化层界面裂纹间的相互影响，揭示了热、力、化多场耦合下的裂纹失效机理。结果表明，表面裂纹大幅改变界面微区域的应力分布状态，靠近界面时能使界面裂纹扩展程度整体增加20%，且相邻凸峰处开裂非均匀性可达81%，表面裂纹断裂参量主要受多层结构热失配及缺陷主导，界面裂纹对其影响相对较小，分析结果与试验结果一致。      

热障涂层服役环境模拟实验方法

热障涂层的服役工况恶劣、存在多耦合因素作用的失效机制和自身复杂多界面多相特征,使其研究极具挑战性。热障涂层的性能主要由其特殊的成分和微结构决定,在服役过程中受到温度、时间、环境等因素导致涂层发生退化。热障涂层使役性能评价是涂层性能改进和新涂层研发的必要途径,为了合理评价涂层寿命和深入研究涂层组织结构及性能演变规律,利用高温炉、火焰、红外灯、激光等不同热源,建立具有快速升降温、温度梯度模拟、腐蚀及CMAS沉积环境模拟、交变载荷功能的服役环境模拟实验装置,以获得低成本、测试条件灵活可控的表征手段及方法,用来研究涂层的失效机制、改善涂层材料及工艺和快速评价涂层的耐久性。     

飞机总体设计优化中的多目标方案优选方法

飞机概念设计多目标优化的结果基本决定了飞机的总体外形。为提高多目标优化结果解集的优选效率,在多目标方案对比评价方法和可视化辅助评价支持两方面对飞机多目标方案优选方法进行了研究。首先在研究了线性加权和法及欧氏加权距离法的基础上,提出了体现具体目标对比的基于等效多边形的等效面积评价法,并进行了改进。其次,采用量化指标初选与可视化目标对比及方案模型可视化精选相结合的方式,在概念设计平台上实现了多目标方案优选方法。最后在轻型战斗机概念方案多目标优化实例中利用提出的优选方法对优化非劣解集进行了优选,结果验证了可视化辅助评价支持的优选方法方便快速获取满意方案的有效性。     

金属与复材混杂连接结构的热应力研究

随着民用飞机的不断发展，复合材料在民用飞机上的使用比例越来越高，复材与金属的混杂连接结构细节也越来越多。民用飞机使用的环境温度包线大，在-75 ℃~55 ℃之间，研究金属与复合材料混杂连接结构的热应力及应变具有必要性。使用控制变量法和对比法，通过有限元建模计算，研究不同厚度的铝合金和钛合金与同一种复合材料连接的结构热应力与应变。结果表明，在相同温度载荷及金属厚度在3 mm~6 mm之间时，复合材料的热应变与钛合金结构厚度成反相关，且钛合金框的热应力比复合材料蒙皮的热应变对钛合金框厚度的变化更敏感；复合材料的热应变与铝合金结构的厚度变化成正相关；钛合金框结构的热应力与自身厚度成反相关，铝合金框结构的热应力与自身厚度成反相关。研究结果具有一定借鉴意义和价值。