非均勻CMAS滲透對APS tbc TGO生長和界麵應力行為影響的數值研究

CaO-MgO-Al的滲透₂O_3.-SiO₂(CMAS)是導致空氣等離子噴塗熱障塗層失效的重要因素之一。CMAS的直接滲透改變了表層塗層(TC)的熱力學性能，從而影響了TC/粘結層(BC)界麵的熱失配應力行為和熱生長氧化物(TGO)的生長，從而導致了更複雜的界麵應力狀態。為了研究非均勻CMAS穿透對APS tbc界麵應力行為的影響，建立了TC層一半被CMAS穿透的二維整體模型。隨後，從全局模型中提取局部模型，研究界麵形貌和CMAS侵徹深度的影響。結果表明，不均勻的CMAS穿透導致TGO在APS tbc中不均勻生長，從而導致應力行為沿界麵變化。此外，CMAS穿透深度對TC/TGO界麵應力行為影響顯著，而CMAS穿透下界麵粗糙度對BC/TGO界麵應力水平影響顯著。本研究揭示了非均勻CMAS穿透對APS tbcs界麵應力行為影響的機理。

空氣等離子噴塗熱障塗層(APS tbc)作為一種重要的隔熱元件，廣泛應用於燃氣輪機[1］．目前，滲透環保CaO-MgO-Al₂O_3.-SiO₂(CMAS)是導致空氣等離子噴塗熱障塗層失效的最重要因素之一[2，3.，4］．CMAS滲透到APS tbc陶瓷塗層(TC)的多孔微觀結構中，會導致表麵發生明顯的改性。首先，TC層力學參數的變化導致TC/金屬鍵合塗層(BC)界麵產生了相當大的熱失配應力。第二，熱參數的改變削弱了tbc的隔熱能力，從而進一步加速了熱生長氧化物(TGO)的生長，從而加劇了TC/BC界麵的應力狀態或過早地引發界麵裂紋[5］．因此，了解CMAS穿透對TGO生長和APS tbc界麵應力行為的影響至關重要。

cmas穿透誘導的tbc表麵改性已經得到了廣泛的實驗和理論研究。由於CMAS與TC材料在材料性能上的巨大差異，CMAS滲透TC層表現出的熱力學行為與未CMAS滲透TC層完全不同[6］．席特哈爾斯等人[7]通過顯微硬度測量獲得了CMAS滲透後APS tbc的力學性能，發現tbc的楊氏模量顯著提高，應變耐受性下降。Kakuda等人。[8]實驗表明，CMAS的滲透使TC層的導熱係數提高了約2倍，這進一步導致TC/BC界麵溫度升高，從而加速TGO的生長或引發界麵裂紋，如圖所示1(一)2，9，10］．在一些實驗中，在CMAS穿透下，從APS tbc的一個界麵觀察到過早剝落，如圖所示1(b) (5］．然而，APS tbc的微觀結構特征，如孔隙率、尺寸、形狀和分布主要取決於噴塗工藝，這導致cmas滲透APS tbc的實驗測量材料性能在不同樣品之間存在差異。因此，采用簡化的理論模型來考慮CMAS穿透對tbc熱力學性能的影響，結果與實驗結果一致[11，12，13，14］．然而，CMAS穿透誘導TGO生長的機製和APS tbc的界麵應力行為尚不清楚。因此，為了研究CMAS穿透對TC/BC界麵應力行為的影響，進行了一些數值研究。沈(15和周[16]研究了沒有CMAS穿透的APS tbc中TGO的動態生長及相應的界麵應力行為;他們報告了界麵粗糙度和TGO非均勻生長顯著影響界麵應力分布。在考慮CMAS侵徹效應時，Zhang等[17]發現CMAS侵徹深度影響著tbc界麵應力行為，因為CMAS侵徹深度決定了tbc中的修飾麵積;然而，他們忽略了界麵粗糙度和TGO增長的影響，這是誘發界麵裂紋的最重要因素[18，19，20.，21］．蘇等。[22]發現CMAS穿透誘導TGO生長提高了TC層的楊氏模量，加速了tbc粗糙界麵裂紋的萌生和擴展;然而，他們忽略了熱性質變化對TGO生長的影響。為了解決這一問題，Xu等人。23]開發了一種化學-熱-機械本構理論來描述CMAS在tbc中的腐蝕。然而，實驗和數值研究都是在等溫環境下進行的，沒有討論TGO生長對溫度極其敏感的情況下，tbc中的溫度梯度及其隨CMAS滲透深度的變化。此外，一些實驗結果顯示葉片表麵CMAS沉積物分布不均勻(如圖所示)1(c))，這可能會進一步導致CMAS在tbc中的滲透不均勻或局部剝落。關於CMAS非均勻滲透對TGO生長和界麵應力行為影響的研究結果很少。為了更好地理解上述效應，必須對CMAS穿透對APS tbc TGO生長和界麵應力行為的影響進行研究。

在本研究中，數值研究了CMAS滲透對TC/BC界麵TGO生長和應力行為的影響。建立了CMAS穿透一半TC層的APS tbc整體二維模型，研究了CMAS非均勻穿透的影響。在該模型中，理論模型適當考慮了CMAS穿透引起的熱力學性能變化，並研究了其對tbc中溫度梯度和TGO動態生長的影響。從全局模型中提取局部模型，研究了界麵形貌和CMAS穿透深度的影響。為了簡化TBCs中不規則的界麵形態，假設其為完全正弦波。

表麵改性的理論基礎“，

cmas滲透TC層可以看作是一種兩相複合材料。因此，有效介質理論可用於評價CMAS侵徹後tbc的熱力學性能。隨後，將計算結果與文獻報道的實驗結果進行比較。在應用該理論之前，假設:(1)CMAS沉積可以完全填充TC層中的每個孔隙;(2)由於未考慮TC材料與CMAS之間的反應效應，TC材料在冷卻階段的相變可以忽略不計;(3) CMAS滲透前後TC材料呈各向同性。

楊氏模量

兩相複合材料的力學性能取決於每個相的濃度、形狀、連續性和空間分布[24］．目前，兩種模型(Voigt模型和Reuss模型)被廣泛用於描述由兩個彈性各向同性組分組成的複合材料的力學性能[25，26］．在它們之間，Voigt模型假設載荷在兩個相中引起相等的應變，複合材料的應力是每個相所提供的應力的總和。因此，CMAS穿透陶瓷層的楊氏模量可以寫成各相體積分數的加權平均楊氏模量，如下所示:

下標在這裏c代表服務,tTC材料，以及fCMAS滲透後TC層的材料參數。\ (E_ c {} \)而且\ (E_ {t} \)分別為CMAS和TC材料(體)的楊氏模;\ (V_ c {} \)而且\ (V_ {t} \)分別為CMAS和TC層的體積分數。一般陶瓷層的孔隙率為10%;因此,\ (V_ c {} \)= 0.1和\ (V_ {t} \)= 0.9。

Reuss模型假定複合材料中兩相的應力相等;因此，複合材料的總應變等於各相的應變之和。因此，CMAS穿透TC層的楊氏模量可表示為

將上述兩種模型的計算結果與實驗結果進行比較，發現Reuss模型具有更高的精度[24，27］．因此，本研究采用Reuss模型計算cmas穿透TC層的楊氏模量。此外，一般認為CMAS穿透對TC材料泊鬆比的影響很小[24］．

熱膨脹係數

CMAS穿透後TC層的熱膨脹係數可以用Schapery模型描述為[28]:

在哪裏\ (\ alpha_ c {} \)而且\ (\ alpha_ {t} \)分別為CMAS和TC材料的熱膨脹係數。

結果表明，CMAS穿透後TC層的熱膨脹係數與TC層的孔隙率和CMAS的熱膨脹係數相關。研究表明，不同成分的CMAS的滲透使孔隙率為0.1[的tbc的熱膨脹係數降低了5%-15%]。24］．在本研究中，CMAS穿透後TC層的熱膨脹係數降低了6.2%(由式(3.))，這與Wells在上述研究中提供的範圍一致。

熱導率

APS tbc的微觀結構特征極為複雜;事實上，微觀結構的大小、形狀和分布顯著影響塗層的導熱性。APS tbc的微觀結構特征與熱導率之間的關係已被廣泛研究[27，29，30.，31，32］．為了獲得CMAS穿透後APS tbc的熱導率，通常使用兩種理論方法:Maxwell模型[13]和瑞利模型[14］．在它們之間，Maxwell模型假設TC層中的微觀結構是球形的，彼此不接觸。因此，CMAS穿透TC層的導熱係數為

在哪裏\ (k_ c {} \)而且\ (k_ {t} \)分別為CMAS和TC材料的導熱係數。\ \(γ= {{k_ {c}} \ mathord{\左/ {\ vphantom {{k_ {c}} {k_ {t}}}} \。\kern-\nulldelimiterspace {k_{t}}\)為CMAS與TC材料的導熱係數之比。

瑞利模型可以寫成

在之前的研究中[8]，利用Maxwell和Rayleigh模型計算了CMAS穿透後TC層的導熱係數，結果表明，與CMAS穿透前相比，TC層的導熱係數分別降低了10%和2%。這表明瑞利模型具有較好的計算精度。因此，本研究采用Rayleigh模型計算cmas滲透TC層的導熱係數。

比熱

一般來說，CMAS穿透後TC層比熱與各相比熱、體積分數、密度有關，可寫成:

在哪裏\ (C_ {t} \)而且\ (C_ c {} \)為TC材料比熱，為CMAS;\ (\ omega_ {t} \)而且\ (\ omega_ c {} \)分別是TC材料和CMAS的質量分數，可以寫成

在哪裏\ (\ rho_{我}\)是每個相的密度。由式(6)與實驗結果相差4% [8]，表明該模型可以合理準確地計算cmas穿透TC層的比熱。

密度

本研究不考慮TC材料的相變，cmas穿透TC層的密度可計算為[8]:

值得注意的是，上式中使用的TC材料是塊狀材料，這與TC層中考慮微觀結構的材料不同。

有限元模型與邊界條件

全局模型

數字2(a)為CMAS非均勻侵徹下APS tbc的二維多周期全局模型。這裏，多周期意味著模型在中足夠長x-軸，以考慮更多的界麵形態。模型中為TC層的厚度H_TCBC層厚度為300 μmH_公元前基底的厚度是180 μmH_子為3mm, TGO層的初始厚度H_TGO為1 μm。仿真中考慮了TGO的動態生長。為了考慮APS tbc中界麵粗糙度的影響，將模型中的界麵形貌簡化為一個完美正弦曲線[18，19］．正弦曲線表示為\(y(x) = A \cdot \sin ({{2\uppi x} \mathord{\left/ {\vphantom {{2\uppi x} \lambda}} \right。\kern-\nulldelimiterspace \lambda})\)；因此，界麵的粗糙度由振幅控製一個還有波長\λ(\ \)，是通過在實驗中觀察截麵形態得到的[33］．在這項研究中，\λ(\ \)被設置為恒定值80 μ m，振幅一個在5 ~ 20µm之間，如圖2(a).根據圖中葉片表麵CMAS非均勻覆蓋區域的大小1(c)，全局模型長度l設為6.24 mm，在TC/TGO/BC接口處包含78個正弦周期。基於TC層的熱力學變化，考慮了CMAS穿透的影響。已有研究表明，CMAS穿透TC層底部時對界麵應力行為的影響最大[24］．因此，為了研究CMAS非均勻侵徹的影響，模型中TC層的左半部分被CMAS完全侵徹，即侵徹深度H_CP＝H_TC= 300 μm，而右半部分未被CMAS穿透。由於APS TBCs模型假設是葉片的一部分，因此將模型的左右邊界設置為多點約束，以確保邊界上的所有點都能同時在x方向上傳播。模型的底部邊界在y方向上有約束，而上表麵邊界沒有約束。左右邊界的熱通量為0(絕熱)。

模型采用四節點平麵應變熱耦合四邊形雙線性位移溫度單元(CPE4T)。在TGO層周圍區域采用細化網格，提高了該區域的應力估計精度。為了研究CMAS滲透對tbc中溫度分布的影響，確定了熱循環條件[34］．如圖所示2(b)，模型初始溫度為298 K。加熱過程中，上表麵溫度在0.15 h內線性上升至1561 K，而下表麵溫度上升至800 K。停留時間為5 h。隨後，在冷卻(0.3 h)期間，上下表麵溫度降至298 K。使用商業軟件ABAQUS 6.13進行有限元分析[35］．

當地的模型

為了進一步研究非均勻CMAS穿透條件下CMAS穿透深度和界麵粗糙度對APS tbc界麵應力行為的影響，在多周期全局模型的基礎上，選取關鍵區域進行局部模擬。如圖所示3.，多周期模型中臨界區II位於CMAS分區線附近。為了觀察由CMAS局部不均勻侵徹引起的TGO生長行為，對分區II施加了兩個周期長度(2l):左邊有CMAS穿透，右邊沒有。局部模型的約束條件和熱邊界條件與多周期模型一致。不同CMAS穿透深度的影響(H_CP= 0、100、200和300 μm)對TGO生長和界麵應力行為的影響。討論了CMAS穿透條件下不同界麵粗糙度的影響。

材料參數

在本研究中，用於TC的材料為ZrO₂8 wt。Y %₂O_3.(8YSZ)，而用於BC的是NiCoCrAlY。基板材料為哈氏合金x。假設TC層為粘彈性層，而其他層為粘塑性層。對於未經過CMAS穿透的APS tbc，各層的基本材料性能如表所示1。CMAS穿透僅改變了TC層的材料性質。如表所示2，計算了cmas穿透TC層的熱力學性能。（1) - (8)，而結果與以往研究的實質變化範圍相符[8，24，27］．如表所示2， CMAS滲透後TC層的彈性模量、等效導熱係數和比熱容均有所增加。特別是熱導率提高了約2倍，而等效密度和等效熱膨脹係數降低了。所有層的蠕變行為可以用諾頓方程來描述\(\dot{\varepsilon}_{cr} = B\sigma^{n}\),在那裏\(\點{\ varepsilon} _ {cr} \)而且σ蠕變應變率和應力分別為，而B而且n都是材料屬性。各層對應的蠕變參數見表3.。

TGO增長模型

TGO層會在高溫下生長。其生長速度與溫度和時間有關。TGO層的厚度可寫成式(9) [36］．

在那裏,\ (h_ {TGO} \)為TGO層厚度;R是宇宙氣體常數;T是溫度;t是時間;n為BC層氧化指數;C而且問是擬合參數。這些參數如表所示4。

TGO生長過程可近似為沿厚度方向的膨脹，其膨脹(生長)應變可表示為

在哪裏\ (h_ {0} \)為TGO的初始厚度，一般設置為1 μm。

因此，TGO增長率可以寫成

此外,

由此可以推導出TGO的增長速度\(\點{\ varepsilon} _ {TGO} \)隨著時間的推移而減少。在ABAQUS軟件中，可以通過定義材料的各向異性膨脹來模擬TGO的生長。

非均勻CMAS滲透下APS tbc TGO生長及界麵應力行為

數字4(a)為非均勻CMAS穿透下APS tbc多周期模型的溫度分布。有CMAS穿透和無CMAS穿透的區域溫度分布明顯不同。在左半邊模型中，CMAS的侵徹降低了該區域的隔熱性能。因此，左半部分模型的溫度明顯高於右半部分模型。這導致橫向(x -方向)模型中從左向右區域的熱流。橫向和厚度方向均出現溫度梯度，情況比無CMAS非均勻侵徹時更為複雜。為了進一步研究模型不同區域的溫度分布，沿著厚度方向選擇了路徑1(模型左側)、路徑2(模型左側)和路徑3(模型右側)，如圖所示4(一)圖4(b)為三種路徑的溫度畸變。沿路徑1的TC層溫度梯度比沿路徑3的溫度梯度小得多。這說明CMAS穿透對界麵溫度分布的影響更大。TC層沿路徑2的溫度梯度介於路徑1和路徑3之間，說明不均勻的CMAS穿透導致了橫向的溫度變化，進而影響TGO的生長。

為了更清晰地分析，我們選取了兩個關鍵區域(zone I和III)，如圖所示5(a)由於多周期全球模式的顯著長度，I區CMAS侵度基本均勻(H_CP= 300 μm)，而III區可以認為不受CMAS穿透的影響(H_CP= 0 μm)。數字5(b)為加熱後多周期模型界麵處的溫度分布。結果表明，cmas穿透半模型界麵溫度明顯高於cmas未穿透半模型界麵溫度。模型左右界麵處的最大溫差可達120 K，且越靠近隔牆線區域的橫向溫度梯度越大。此外，溫度沿界麵分布有輕微波動，這是由界麵粗糙度引起的。數字5(c)為I、II和III三個關鍵區域的界麵溫度分布。其中，I區和III區界麵溫度曲線較為平緩。同時，區域II的橫向溫差達到22 K，這可能會導致該區域TGO生長不均勻。此外，界麵粗糙度導致在一個界麵周期內，TGO在峰值和低穀位置的增長不均勻。這些影響導致TGO在II區的生長行為更加複雜，從而影響了II區的界麵應力行為。

數字6(a)為TGO厚度在多周期全局模型中的分布。與圖中溫度分布一致5(a) cmas穿透側TGO厚度可達2.18 μm，顯著高於未穿透側(1.45 μm);另外，如圖6(b) I區TGO厚度大於III區，這可能導致兩個區域界麵應力行為不同。分區TGO厚度雖小於分區TGO厚度，但由於分區線周圍的橫向溫差，左側TGO厚度大於右側TGO厚度。這種圍繞CMAS分區線的不均勻TGO生長行為將進一步影響其中的界麵應力行為——這將在下文中討論。

一般情況下，界麵裂紋的萌生主要取決於厚度方向的界麵拉應力(y設在),即σ₂₂,在那裏σ₂₂逐漸增加，並在冷卻結束時達到最大值。因此,隻有σ₂₂在本研究中得到並分析了冷卻結束時的情況。數字7顯示了σ₂₂室溫下APS tbc多周期整體模型的TC層和BC層分布。如圖所示,σ₂₂應力集中在TC層界麵附近的山穀位置，峰值位置的應力狀態為壓縮。對比TC層三個關鍵區域的應力分布，發現σ₂₂與TGO厚度成正比(見圖6(b));因此,σ₂₂第一區最高，其次是第二區和第三區。的最大σ₂₂I區和III區分別為317和110 MPa。II區分區線周圍TGO生長不均勻，導致左右兩側存在應力差，最大應力差為40 MPa。與TC層的應力分布相反σ₂₂BC層的應力主要集中在界麵附近的峰值位置，而山穀位置的應力狀態為壓縮。BC層應力水平明顯低於TC層，且II區左右兩側應力差異明顯。上述結果表明，CMAS在APS tbc中的不均勻穿透將導致界麵應力分布不均勻，從而使tbc的應力分布不均勻σ₂₂在cmas的界麵上，滲透區域比未滲透區域大得多。

數字8顯示了σ₂₂非均勻CMAS穿透下APS tbc多周期全局模型TC/TGO和BC/TGO界麵的分布。單周期界麵峰值和低穀處不同的應力狀態表明，界麵粗糙度顯著影響界麵應力分布。左側界麵的峰穀應力差遠大於右側界麵的峰穀應力差，說明CMAS侵徹加劇了界麵粗糙度引起的應力差。此外，觀察到CMAS穿透對TC/TGO和BC/TGO界麵應力水平的影響不同。數字9顯示了σ₂₂三個關鍵區域的界麵分布。如圖所示9(一)σ₂₂隨著CMAS的滲透，TC/TGO界麵溝穀處的壓力從98 MPa (III區)增加到317 MPa (I區)。在II區，在隔牆線附近的兩個峰值位置觀察到明顯的應力差異。如圖所示9(b) BC/TGO界麵的應力狀態與TC/TGO界麵相反。的σ₂₂在峰值處，BC/TGO界麵從125 MPa (III區)增加到228 MPa (I區)，對比兩個界麵的應力分布，發現CMAS穿透對應力的影響更大σ₂₂在TC/TGO接口。綜上所述，在TC/TGO界麵和BC/TGO界麵，CMAS穿透分別加速了山穀和峰值處的裂紋萌生。

CMAS穿透深度的影響

數字10(a)為不同CMAS穿透深度下II區界麵溫度分布(H_CP= 0 100, 200, 300 μm)。結果基於Zone II的局部模型得到(如圖所示)3.)．在沒有CMAS穿透的情況下，界麵兩側溫度分布完全對稱(H_CP= 0 μm)。隨著CMAS穿透深度的增加，界麵溫度逐漸升高，這是由於TC層CMAS穿透區域熱導率的變化。當CMAS完全穿透TC層左側區域時(H_CP= 300 μm)時，左側界麵溫度升高90 K (x= 0 mm)。此外，隨著CMAS侵徹深度的增加，隔板線左右兩側的溫差也逐漸增大。為了進一步研究溫差對TGO生長行為的影響，不同CMAS穿透深度下TGO厚度的分布如圖所示10(b).與圖中溫度分布一致10(a)隨著CMAS侵徹深度的增加，TGO層逐漸增大。數字10(c)為不同CMAS穿透深度下界麵峰穀處TGO厚度。由圖可知，隨著CMAS侵徹深度的增加，隔板線周圍左右兩側TGO厚度的差異逐漸增大。這表明CMAS的滲透加速了分區線附近TGO的非均勻生長，這可能進一步影響界麵應力行為。

數字11顯示了σ₂₂不同CMAS穿透深度下II區TC層和BC層的分布。與多周期模型界麵處的應力分布相似，在分區線附近也存在應力差。隨著CMAS穿透深度的增加，TC層和BC層的拉應力均顯著增加，且最大應力出現在界麵處。數字12顯示了σ₂₂不同CMAS穿透深度下TC/TGO和BC/TGO界麵的分布。由圖可以看出，隨著CMAS侵徹深度的增加，CMAS的侵徹強度增大σ₂₂隔牆線周圍的差異增大。此外，CMAS穿透深度對兩界麵應力行為的影響也不同。當CMAS完全穿透TC層時，TC/TGO界麵穀區分區線附近的應力差達到30 MPa，而BC/TGO界麵峰區分區線附近的應力差約為0 MPa。這表明，CMAS穿透深度對TC/TGO界麵應力行為有較大影響，並可能加速CMAS穿透一側TC/TGO界麵山穀處的裂紋萌生。

界麵粗糙度的影響

數字13(a)和(b)為不同界麵振幅下II區界麵溫度分布(一個= 5、10、2 μm)。所有情況的計算都是基於H_CP= 300 μm。界麵溫度分布在左側隔斷線附近不對稱，且隨著時間的推移，這種不對稱現象更加明顯一個增加了。作為一個從5 μm增加到20 μm時，峰值(點1)溫度升高了12 K，而右側峰值(點5)溫度僅升高了8 K，如圖所示13(c).這說明CMAS的侵徹加劇了界麵粗糙度對界麵峰值溫度的影響。山穀的溫度表現出不同的趨勢，取決於一個:界麵左側穀地溫度下降(點2)，而界麵右側穀地溫度略有上升(點4)，這是由於TGO中相鄰高溫峰的熱傳導。

數字14(a)為不同界麵振幅下TGO厚度的分布。與圖中界麵溫度分布相似13時，TGO厚度最大出現在左側的峰值(點1)，最小出現在右側的山穀(點4)一個從5 μm增加到10 μm時，TGO厚度略有增加一個增大到20 μm，如圖所示14(b).這表明TGO的增長與一個。

為了研究TGO厚度對界麵應力行為的影響σ₂₂不同值下II區TC層和BC層的分布一個，如圖15。對於TC層，界麵應力重分布為一個增加，而位置與最大值σ₂₂逐漸從山穀轉移到山穀兩側(山穀外)。對於BC層，為一個增加,σ₂₂峰值處從200 ~ 630 MPa顯著增加，而峰值處最大σ₂₂沒有改變。數字16顯示了σ₂₂不同界麵粗糙度下II區TC/TGO和BC/TGO界麵的分布。在TC/TGO界麵處應力重分布明顯，且最大σ₂₂價值略有增加。在TC/TGO界麵處，CMAS非均勻穿透引起的分區線周圍的應力差略有增大。與TC/TGO界麵的應力水平相比，最大σ₂₂時，BC/TGO界麵處應力分布略有波動一個增加到20 μm。綜上所述，界麵粗糙度改變了TC/TGO界麵的應力分布;在CMAS侵徹下，對BC/TGO界麵應力水平的影響更為顯著。

數值研究了CMAS滲透對TC/BC界麵TGO生長和應力行為的影響。首先，利用理論模型考慮了CMAS侵徹引起的熱力學性能變化。利用APS tbc的二維全局模型研究了CMAS非均勻穿透的影響，其中一半的TC被CMAS穿透。基於局部模型，討論了界麵粗糙度和CMAS穿透深度的影響。研究結論如下:

1. (1）

   CMAS穿透降低了APS tbc塗層CMAS穿透區域的隔熱性能，導致穿透區域和未穿透區域之間的溫差約為100 K。橫向和厚度方向均存在溫度梯度。

2. （2）

   不均勻的CMAS穿透導致TGO生長不均勻，導致界麵應力分布更加複雜。在TC/TGO界麵和BC/TGO界麵，CMAS的滲透分別加速了裂紋萌生的山穀和峰值。

3. （3）

   當CMAS侵徹深度增加時，差異為σ₂₂CMAS分區線附近增大。CMAS穿透深度對TC/TGO和BC/TGO界麵應力行為的影響不同。CMAS穿透深度對TC/TGO界麵應力行為有較大影響，並可能加速CMAS穿透一側TC/TGO界麵山穀處的裂紋萌生。

4. （4）

   與TC/TGO接口相比，最大σ₂₂在BC/TGO界麵顯著增加。CMAS侵穿時，界麵粗糙度改變了TC/TGO界麵的應力分布，但對BC/TGO界麵應力水平的影響更為顯著。

不適用。

國家自然科學基金項目(No. 51875341)資助。

作者及隸屬關係

1. 上海交通大學機械工程學院動力機械與工程重點實驗室，上海，200240

   蔡振偉，張子帆，劉英正，王偉哲

2. 上海交通大學燃氣輪機研究所，上海，200240

   蔡振偉，張子帆，劉英正，王偉哲

3. 上海交通大學材料科學與工程學院，上海200240

   現任趙

貢獻

WW負責整個試驗;ZC撰寫稿件;ZC和ZZ進行數值計算。協助YL編輯稿件;XZ提供實驗結果。所有作者都閱讀並批準了最終的手稿。

作者的信息

蔡振偉，1992年生，北京大學博士後上海交通大學機械工程學院動力機械與工程重點實驗室，中國。主要研究方向為高溫結構構件的強度評估和先進熱障塗層的智能製造。

張子凡，1996年出生，現任北京大學碩士研究生上海交通大學機械工程學院動力機械與工程重點實驗室，中國。他的研究方向包括熱障塗層的強度評估。

劉英正，生於1972年，現任北京大學教授機械工程學院動力機械與工程重點實驗室“，，上海交通大學。他是……的主任上海交通大學燃氣輪機研究所。

趙曉峰，現任教授上海交通大學材料科學與工程學院，中國。他的研究興趣包括高溫塗層，如用於航空發動機和燃氣輪機的熱障塗層，用於核反應堆燃料包層的防腐塗層，以及其他抗氧化和耐磨塗層。

王偉哲，1977年出生，現任北京大學教授上海交通大學材料科學與工程學院，中國。主要關注國家重點需求行業(航空、地麵燃氣輪機、智慧能源)，研究過程係統和部件係統的數字孿生技術。

相應的作者

對應到Weizhe王。

相互競爭的利益

作者聲明沒有相互競爭的經濟利益。

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