專利名稱：一種熱障涂層厚度的優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱障涂層領域，更加具體地說，特別涉及一種熱障涂層厚度的優(yōu)化方法。
背景技術：
在過去的50多年時間里，燃氣發(fā)動機零部件用材料和制備技術得到了很大的發(fā)展，從鍛造合金發(fā)展到常規(guī)鑄造合金，再從定向凝固合金發(fā)展到單晶材料，材料的使用溫度提高近300°C，接近金屬使用極限溫度。熱障涂層對進一步提高合金材料的使用溫度發(fā)揮著重要的作用，可以將使用溫度提高到1500-1600°C。由于熱障涂層具有降低金屬基體的使用溫度、保護基體免受高溫氧化等許多優(yōu)點，因此，隨著科學技術的發(fā)展，在航天、航空、燃氣發(fā)電、化工、冶金等眾多領域，熱障涂層得到了廣泛的研究與應用。熱障涂層一般由頂部陶瓷層和陶瓷層與基底之間的粘結層組成。整個基底-熱障涂層體系可以看成是一種廣義上的實際溶液。但是，在長期的高溫條件下，基底-熱障涂層體系中的金屬元素會擴散并與氧結合，從而被高溫氧化在粘結層和頂部陶瓷層之間、基底和粘結層之間形成熱生長氧化物。大量研究表明，這些熱生長氧化物的形成與長大是熱障涂層失效的根本原因
發(fā)明內容
·本發(fā)明的目的在·于克服現(xiàn)有及技術的不足，采用實際溶液物理模型中的亞正規(guī)溶液模型和Miedema混合焓模型，通過計算不同涂層厚度的熱障涂層體系中金屬元素擴散系數(shù)來優(yōu)化熱障涂層的厚度。亞正規(guī)溶液模型是實際溶液物理模型中的一種，可以比較好的反映溶液內粒子的相互作用。Miedema混合焓模型是一種經(jīng)典的二元合金液或者固相混合焓的計算模型，并且與實驗值吻合度較高。本發(fā)明技術目的通過下述技術方案予以實現(xiàn):本發(fā)明通過計算不同涂層厚度下基底-熱障涂層體系中金屬元素擴散系數(shù)，從而優(yōu)化熱障涂層厚度。詳見下文描述:(I)由能斯特-愛因斯坦公式:
權利要求
1.一種熱障涂層厚度的優(yōu)化方法，其特征在于，按照下述步驟進行: 首先，確認涂層成份中各個金屬元素的下述參數(shù) (1)各個金屬元素的摩爾分數(shù)Xi,單位為％； (2)各個金屬元素原子的自擴散系數(shù)if單位為m2/S；I ， (3)涂層服役的熱力學溫度T，單位為K； (4)熱力學常數(shù)R=8.314J/(mol.Κ)； (5)各個純金屬在服役溫度下的摩爾吉布斯自由能G單位為kj/mol； (6)Xi和&分別是金屬原子i和j的摩爾分數(shù)，單位為％ ； (7)Vi和Ni分別是金屬i和j的摩爾體積，單位為cm3/mol ； (8)(]1￥山和(nws)j分別是金屬i和j的Wigner-seitz原胞邊界的電子密度平均值,單位為cm_3 ； (9)<pi和明分別是金屬i和j的電負性參數(shù)，單位為V ；(10)Miedema 經(jīng)驗參數(shù) p,單位為 J/ (moI.V2.cm3)； (11)Miedema 經(jīng)驗參數(shù) r,單位為 J/ (moI.cm3)； (12)Miedema經(jīng)驗參數(shù)u,單位為T1 ； (13)Miedema經(jīng)驗參數(shù)a無量綱的,沒有單位； 然后設定涂層厚度h的變量范圍和步進量，并根據(jù)下述公式進行逐步迭代計算，直至得到每一種金屬元素的Di最大時對應的h，此時對應的h即為最終優(yōu)化結構參數(shù)，h的單位為μ m ;
2.根據(jù)權利要求1所述的一種熱障涂層厚度的優(yōu)化方法，其特征在于，所述涂層厚度h的變量范圍和步進量分別為10 μ m— 500 μ m和10 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱障涂層厚度的優(yōu)化方法，采用實際溶液物理模型中的亞正規(guī)溶液模型和Miedema混合焓模型，通過計算不同涂層厚度的熱障涂層體系中金屬元素擴散系數(shù)來優(yōu)化熱障涂層的厚度。
文檔編號G05D5/02GK103198221SQ20131011996
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權日2013年4月8日
發(fā)明者劉徹, 韓玉君, 陸冠雄, 葉福興 申請人:天津大學