热障涂层力学性能的显微光学测量实验方法研究

针对热障涂层结构层间残余应力和疲劳力学行为实验研究的需求及显微光学测量技术发展的需求，本项目将发展可对不同放大倍数视场区域内的全场变形进行实时测量的显微云纹法和光栅位相处理技术。采用聚焦离子束刻蚀法，研究在叶片涂层界面上制作高温高频光栅的方法和最佳工艺参数。定量地测量热障涂层在制备过程中或多次热循环使用后引入的残余应力。应用显微云纹法和光栅位相处理技术研究热障涂层试样在单轴应力下的疲劳失效过程。通过对比实验，研究涂层失效模式的影响因素和失效机理。通过改变显微镜的放大倍数，准确地测量视场区域内具有微尺度特征的结构（如涂层界面）和微缺陷的全场变形，深入理解热障涂层的微观构型和宏观结构，为改进材料设计、提高材料性能提供可靠的实验依据，同时为材料进一步的应用提供有价值的疲劳设计数据。

本项目主要研究热障涂层结构制备、结构和力学性能，着重测试分析了涂层残余应力和热冲击疲劳破坏过程。基于光刻胶铝膜光栅并结合电铸工艺提出了镍基光栅压印模板的制备新技术，发展了纳米压印制作高频云纹光栅的方法。基于聚焦离子束微加工平台，发展了聚焦离子束在涂层侧面制作高频云纹光栅的技术，实现了跨异质体界面上制作高频云纹光栅。在热喷涂的陶瓷层顶面和侧面释放残余应力，结合云纹干涉法，定量地表征了涂层喷涂加工引入的残余应力。针对微观残余应力的测试需求，基于聚焦离子束双束系统，提出了一种将环芯法、FIB刻蚀、DIC变形测试和有限元模型相结合的微观残余应力测试新方法，并建立了相应的残余应力计算公式，测量得到了热障涂层界面附近的微观残余应力及其分布。建立了高温热冲击疲劳实验测试系统，并对热障涂层热冲击疲劳实验中涂层表面和界面的变形场进行了测量。通过以上的力学测试分析，为研究涂层失效模式和失效机理提供了可靠的实验依据。