专利名称：一种热障涂层厚度的优化方法
技术领域：
本发明涉及热障涂层领域，更加具体地说，特别涉及一种热障涂层厚度的优化方法。
背景技术：
在过去的50多年时间里，燃气发动机零部件用材料和制备技术得到了很大的发展，从锻造合金发展到常规铸造合金，再从定向凝固合金发展到单晶材料，材料的使用温度提高近300°C，接近金属使用极限温度。热障涂层对进一步提高合金材料的使用温度发挥着重要的作用，可以将使用温度提高到1500-1600°C。由于热障涂层具有降低金属基体的使用温度、保护基体免受高温氧化等许多优点，因此，随着科学技术的发展，在航天、航空、燃气发电、化工、冶金等众多领域，热障涂层得到了广泛的研究与应用。热障涂层一般由顶部陶瓷层和陶瓷层与基底之间的粘结层组成。整个基底-热障涂层体系可以看成是一种广义上的实际溶液。但是，在长期的高温条件下，基底-热障涂层体系中的金属元素会扩散并与氧结合，从而被高温氧化在粘结层和顶部陶瓷层之间、基底和粘结层之间形成热生长氧化物。大量研究表明，这些热生长氧化物的形成与长大是热障涂层失效的根本原因
发明内容
·本发明的目的在·于克服现有及技术的不足，采用实际溶液物理模型中的亚正规溶液模型和Miedema混合焓模型，通过计算不同涂层厚度的热障涂层体系中金属元素扩散系数来优化热障涂层的厚度。亚正规溶液模型是实际溶液物理模型中的一种，可以比较好的反映溶液内粒子的相互作用。Miedema混合焓模型是一种经典的二元合金液或者固相混合焓的计算模型，并且与实验值吻合度较高。本发明技术目的通过下述技术方案予以实现:本发明通过计算不同涂层厚度下基底-热障涂层体系中金属元素扩散系数，从而优化热障涂层厚度。详见下文描述:(I)由能斯特-爱因斯坦公式:
权利要求
1.一种热障涂层厚度的优化方法，其特征在于，按照下述步骤进行: 首先，确认涂层成份中各个金属元素的下述参数 (1)各个金属元素的摩尔分数Xi,单位为％； (2)各个金属元素原子的自扩散系数if单位为m2/S；I ， (3)涂层服役的热力学温度T，单位为K； (4)热力学常数R=8.314J/(mol.Κ)； (5)各个纯金属在服役温度下的摩尔吉布斯自由能G单位为kj/mol； (6)Xi和&分别是金属原子i和j的摩尔分数，单位为％ ； (7)Vi和Ni分别是金属i和j的摩尔体积，单位为cm3/mol ； (8)(]1￥山和(nws)j分别是金属i和j的Wigner-seitz原胞边界的电子密度平均值,单位为cm_3 ； (9)<pi和明分别是金属i和j的电负性参数，单位为V ；(10)Miedema 经验参数 p,单位为 J/ (moI.V2.cm3)； (11)Miedema 经验参数 r,单位为 J/ (moI.cm3)； (12)Miedema经验参数u,单位为T1 ； (13)Miedema经验参数a无量纲的,没有单位； 然后设定涂层厚度h的变量范围和步进量，并根据下述公式进行逐步迭代计算，直至得到每一种金属元素的Di最大时对应的h，此时对应的h即为最终优化结构参数，h的单位为μ m ;
2.根据权利要求1所述的一种热障涂层厚度的优化方法，其特征在于，所述涂层厚度h的变量范围和步进量分别为10 μ m— 500 μ m和10 μ m。
全文摘要
本发明公开了一种热障涂层厚度的优化方法，采用实际溶液物理模型中的亚正规溶液模型和Miedema混合焓模型，通过计算不同涂层厚度的热障涂层体系中金属元素扩散系数来优化热障涂层的厚度。
文档编号G05D5/02GK103198221SQ20131011996
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者刘彻, 韩玉君, 陆冠雄, 叶福兴 申请人:天津大学