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等离子喷涂–物理气相沉积7YSZ热障涂层沉积机理及其CMAS腐蚀失效机制 被引量:41
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作者 张小锋 周克崧 +3 位作者 宋进兵 邓春明 牛少鹏 邓子谦 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期287-293,共7页
采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料,在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层,并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外,基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ... 采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料,在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层,并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外,基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ气相分子在基体上的形核与生长过程,并分析了高温基体下7YSZ柱状涂层的沉积机理。另外,在1200℃下考察了7YSZ柱状涂层的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀性能并探讨了其失效机制。结果表明,在高温下7YSZ气相分子首先吸附在基体上,通过扩散迁移形成分子团并吸附在基体表面上,然后分子团再与其它吸附分子碰撞结合形成临界晶核,临界晶核捕获其它吸附分子进一步长大形成晶核小岛,此后依次经过岛状、联并、沟道、连续这四个阶段最终形成柱状涂层。高温下CMAS熔融并在毛细管力的作用下沿着柱状涂层孔隙往深度方向渗透并与涂层发生热化学反应使涂层热物性能发生变化,最终在热化学与热机械的相互作用下使涂层内产生平行于表面的横向裂纹,并层离失效。 展开更多
关键词 等离子喷涂–物理气相沉积 沉积机理 cmas腐蚀 腐蚀机制
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航空发动机热障涂层的CMAS腐蚀行为与防护方法 被引量:19
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作者 郭磊 高远 +1 位作者 叶福兴 张馨木 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1184-1198,共15页
热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一,可显著提高发动机工作温度,提升发动机推力和工作效率;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物(主要成分为CaO、Mg... 热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一,可显著提高发动机工作温度,提升发动机推力和工作效率;但另一方面,更高的发动机工作温度使得叶片及其表面TBCs遭受严重的环境沉积物(主要成分为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO2,简称CMAS)腐蚀,造成过早失效。CMAS腐蚀已成为限制TBCs工作温度和服役寿命的难题,抗腐蚀防护是目前TBCs领域研究的重点。本文首先综述了学者们对TBCs CMAS腐蚀问题的认识历程以及CMAS本身特性,再简述了TBCs的CMAS腐蚀机理,重点从TBCs的表面防护层设计、涂层成分改性、新型抗腐蚀涂层材料开发以及涂层结构设计等方面阐述了国际上目前TBCs的抗CMAS腐蚀防护方法,最后对TBCs的超高温环境应用及腐蚀防护发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 燃气涡轮发动机 热障涂层 cmas腐蚀 失效机理 防护方法
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Comparison of CMAS corrosion and sintering induced microstructural characteristics of APS thermal barrier coatings 被引量:8
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作者 Yiyou Wu Hua Luo +4 位作者 Canying Cai Yanguo Wang Yichun Zhou Li Yang Guangwen Zhou 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第3期440-447,共8页
The microstructural features of high-temperature sintered and CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2(CMAS) corroded air plasma sprayed Y_2O_3 stabilized ZrO_2(YSZ) thermal barrier coatings(TBCs) under the thermal gradient condition we... The microstructural features of high-temperature sintered and CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2(CMAS) corroded air plasma sprayed Y_2O_3 stabilized ZrO_2(YSZ) thermal barrier coatings(TBCs) under the thermal gradient condition were comparatively studied. As-sprayed YSZ has a lamellar structure and the lamellae are composed of closely aligned columnar crystals. The sintered and the CMAS corroded YSZ coatings maintain the t'-ZrO_2 phase as the as-sprayed YSZ coating. The sintered YSZ remains the lamellar structure with reduced interlamellar gaps and grains coarsening. After the CMAS corrosion, the top layer of the YSZ coating keeps its lamellar structure consisting of some columnar grains with the CMAS infiltration into the intergrain gaps and the formation of striped Zr_2Y_2 O_7. The typical lamellar structure transforms into more equiaxed grains in the middle and bottom layers of the ceramic coating along with significant infiltration of amorphous CMAS and anorthite formation in the bottom layer owing to the high contents of Ca and Al. 展开更多
关键词 YSZ thermal barrier coating APS cmas corrosion ANORTHITE
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以抗CMAS腐蚀为目标的稀土硅酸盐环境障涂层高熵化设计与性能提升 被引量:4
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作者 王京阳 孙鲁超 +3 位作者 罗颐秀 田志林 任孝旻 张洁 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期523-536,共14页
环境障涂层是大推力和高推重比航空发动机的关键材料,能够为碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料热端部件提供有效防护,阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀。稀土硅酸盐具有与SiC基复合材料匹配的热膨胀系数以及良好的化学相容性,... 环境障涂层是大推力和高推重比航空发动机的关键材料,能够为碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料热端部件提供有效防护,阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀。稀土硅酸盐具有与SiC基复合材料匹配的热膨胀系数以及良好的化学相容性,是目前国际公认的优选环境障涂层体系。然而,目前已知稀土硅酸盐材料耐典型低熔点氧化物CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)腐蚀性能不足,难以满足新一代航空发动机1300℃及以上温度的工程应用需求。本文总结了近年来稀土硅酸盐耐CMAS腐蚀相关研究进展,重点介绍了本团队关于单一稀土主元单/双硅酸盐CMAS腐蚀机理的研究成果,以此为基础提出高熵化设计思路,旨在充分利用不同稀土元素在与CMAS反应过程中呈现的特性差异,通过合理设计多稀土主元搭配实现稀土硅酸盐材料耐CMAS腐蚀性能提升。最后对高熵稀土硅酸盐环境障涂层的发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 环境障涂层 稀土硅酸盐 高熵陶瓷 cmas腐蚀
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航空发动机高温涂层腐蚀失效研究进展
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作者 孙毅 李宗宝 +1 位作者 马菱薇 原慷 《热喷涂技术》 2024年第2期1-19,共19页
航空发动机中高温涂层部件在不同的工况下会发生差异化的腐蚀现象。简要介绍了YSZ热障涂层、MCrAlY涂层的主要失效模式,重点梳理了这两类涂层的典型腐蚀失效形式,包括酸性腐蚀、熔盐腐蚀、CMAS腐蚀等。酸性腐蚀是涂层在潮湿环境且一般... 航空发动机中高温涂层部件在不同的工况下会发生差异化的腐蚀现象。简要介绍了YSZ热障涂层、MCrAlY涂层的主要失效模式,重点梳理了这两类涂层的典型腐蚀失效形式,包括酸性腐蚀、熔盐腐蚀、CMAS腐蚀等。酸性腐蚀是涂层在潮湿环境且一般含有氯、硫条件下发生的弱酸性腐蚀,腐蚀温度为常温。熔盐腐蚀主要针对航空发动机在海洋环境下YSZ热障涂层及MCrAlY涂层面临熔融态盐(如NaCl、Na_(2)SO_(4))发生的腐蚀,腐蚀温度一般为500~1000℃。CMAS腐蚀主要是由沙漠、尘土环境下的复合氧化物引起陶瓷涂层失效,腐蚀温度一般高于1200℃。最后对YSZ热障涂层及MCrAlY涂层的腐蚀失效机理及未来研究方向进行总结和展望。 展开更多
关键词 YSZ热障涂层 MCRALY 酸性腐蚀 熔盐腐蚀 cmas腐蚀
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氧化钇含量对YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀性能的影响 被引量:3
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作者 王晶 陆杰 +3 位作者 赵晓峰 陈小龙 黄轶男 张晗 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期25-36,共12页
系统研究大气等离子喷涂不同含量YO1.5掺杂氧化锆涂层(8YSZ、38YSZ和55YSZ)在1300℃下的环境沉积物(CMAS熔盐)腐蚀行为和机制。结果表明:8YSZ涂层会发生严重的CMAS熔盐腐蚀,在基体与CMAS界面处,通过溶解-再析出,生成非保护性、含Ca和较... 系统研究大气等离子喷涂不同含量YO1.5掺杂氧化锆涂层(8YSZ、38YSZ和55YSZ)在1300℃下的环境沉积物(CMAS熔盐)腐蚀行为和机制。结果表明:8YSZ涂层会发生严重的CMAS熔盐腐蚀,在基体与CMAS界面处,通过溶解-再析出,生成非保护性、含Ca和较低Y含量的C-ZrO_(2),并有明显的晶界腐蚀现象;对于较高含量YO1.5掺杂的38YSZ和55YSZ涂层,随着反应的进行,除球状C-ZrO_(2)外,还生成保护性的磷灰石(apatite)和石榴石(garnet)产物,能够有效阻止CMAS熔盐的进一步侵蚀;并且,55YSZ涂层表现出优于38YSZ的抗CMAS熔盐腐蚀能力。从光学碱度而言,YO1.5含量越高,涂层与CMAS熔盐的反应活性越高,越容易生成在CMAS熔盐中稳定存在的产物;从反应进程来分析,高YO1.5含量的涂层材料能够促使Y3+在CMAS熔盐中的饱和,进而生成更为稳定、连续的物相(如磷灰石、石榴石),避免基体材料进一步与CMAS熔盐接触、反应,从而提高了抗CMAS腐蚀能力。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas熔盐腐蚀 氧化钇掺杂氧化锆 等离子喷涂
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高熵稀土铪酸盐热障/环境障涂层材料的制备与性能研究 被引量:3
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作者 胡万鹏 张广珩 +1 位作者 张洁 王京阳 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第1期53-60,共8页
综合性能优异的热障/环境障涂层是先进航空发动机涡轮叶片等高温部件的关键热防护材料。本研究通过两步烧结法制备了高熵稀土铪酸盐(La_(0.2)Gd_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)和(Yb_(0.2)Lu_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_... 综合性能优异的热障/环境障涂层是先进航空发动机涡轮叶片等高温部件的关键热防护材料。本研究通过两步烧结法制备了高熵稀土铪酸盐(La_(0.2)Gd_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)和(Yb_(0.2)Lu_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12),系统研究了两种材料的力学、热学性能和CMAS腐蚀性能。多主元高熵材料具有较低的热膨胀系数和热导率,其中(Yb_(0.2)Lu_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)表现出比(La_(0.2)Gd_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)更高的硬度和断裂韧性。1300℃下CMAS腐蚀结果表明,(La_(0.2)Gd_(0.2)Ho_(0.2)Er_(0.2)Tm_(0.2))_(4)Hf_(3)O_(12)与CMAS的反应速率快,更容易析出磷灰石,对阻止CMAS迅速渗透是有益的。高熵稀土铪酸盐材料具有优异的综合性能,在热障/环境障涂层领域具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 稀土铪酸盐 热障/环境障涂层 萤石结构 力学性能 热学性能 cmas腐蚀
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镀铝改性对PS-PVD 7YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀影响机制 被引量:7
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作者 范佳锋 张小锋 +5 位作者 周克崧 刘敏 邓畅光 邓春明 牛少鹏 邓子谦 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期938-946,共9页
采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备了羽毛柱状结构7YSZ(氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ)热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外... 采用等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)方法制备了羽毛柱状结构7YSZ(氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ)热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外,在1200℃高温下对涂层进行了CMAS (CaO、MgO、Al2O3、SiO2等硅酸铝盐物质的简称)腐蚀实验。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对涂层显微组织、元素分布及物相组成进行了表征。通过研究喷涂态涂层与镀铝改性涂层的CMAS腐蚀行为,分析了涂层腐蚀机制,并阐述了镀铝改性对涂层耐腐蚀的作用机理。结果表明:镀铝改性后的涂层保持较好的热稳定性,经过5200次热循环后未见涂层剥落。喷涂态涂层受CMAS腐蚀后,产生了"波浪"状形变, CMAS完全渗透了7YSZ涂层;而镀铝改性涂层,由于通过Al与ZrO2原位反应,在涂层表面形成有耐腐蚀的α-Al2O3致密层,涂层腐蚀情况得到了显著改善。研究发现,α-Al2O3致密层不仅对涂层形成机械保护,还影响CMAS在涂层上的热化学反应,使得CaO、Al2O3、SiO2三种氧化物在涂层上的渗入受到抑制,但MgO在涂层中的渗透未受到明显影响。此外,本文还建立了以菲克第二定律为核心的数学模型,以评估镀铝改性技术对涂层耐CMAS腐蚀能力的影响。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积 7YSZ 镀铝改性 cmas腐蚀
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富铝CMAS对稀土硅酸盐环境障涂层的腐蚀行为与机制研究 被引量:2
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作者 范栋 钟鑫 +5 位作者 王亚文 张振忠 牛亚然 李其连 张乐 郑学斌 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期544-552,I0013,共10页
稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件,但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为... 稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件,但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为研究对象,采用大气等离子喷涂技术制备X1-Gd_(2)SiO_(5)、X^(2)-RE_(2)SiO_(5)(RE=Y,Er)涂层,并研究其在富Al_(2)O_(3)的CMAS熔盐环境(1400℃)的腐蚀行为与机制。结果表明,X^(2)-RE_(2)SiO_(5)(RE=Y,Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd_(2)SiO_(5)涂层,这与涂层材料的物相组成和晶体结构的稳定性等因素有关。经CMAS腐蚀25 h后,X1-Gd_(2)SiO_(5)涂层表面仅生成磷灰石相;X^(2)-RE_(2)SiO_(5)涂层不仅生成磷灰石相,涂层中的RE_(2)O_(3)还与CMAS中的Al_(2)O_(3)反应生成石榴石相。生成石榴石相可提高涂层表面CMAS中CaO、SiO_(2)的相对含量,促进磷灰石致密层的生成,从而改善其耐蚀性能。 展开更多
关键词 环境障涂层 稀土硅酸盐 cmas腐蚀 腐蚀机理
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大气等离子喷涂环境障涂层镀Al表面改性 被引量:6
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作者 张小锋 周克崧 +5 位作者 刘敏 李洪 阳海棠 牛少鹏 邓春明 邓畅光 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期978-984,993,共8页
陶瓷基复合材料(CMC)由于具有较低的密度(高温合金的1/3~1/4)、较高的服役温度(比高温合金高200~240℃)以及良好的结构强度(高温合金的2倍),已成为未来大推重比航空发动机热端部件的首选材料。发动机服役过程中,热端部件完全暴露于空... 陶瓷基复合材料(CMC)由于具有较低的密度(高温合金的1/3~1/4)、较高的服役温度(比高温合金高200~240℃)以及良好的结构强度(高温合金的2倍),已成为未来大推重比航空发动机热端部件的首选材料。发动机服役过程中,热端部件完全暴露于空气气氛中,服役环境恶劣,以Si C/Si C为代表的CMC部件直接面临着腐蚀、烧蚀、冲刷等问题,因此急需开展一类高性能CMC热防护涂层即环境障涂层(EBCs)的研究。通过大气等离子喷涂在SiC/SiC CMC基体表面制备硅/莫来石/硅酸镱(Yb2SiO5)三层结构EBCs。为提高EBCs服役性能,对涂层样品进行镀Al表面改性即采用磁控溅射技术在涂层表面镀Al全包覆,然后对其进行真空热处理。在高温低真空下,涂层表面Al膜发生熔融并在毛细管力的作用下往多孔涂层内部渗透并与Yb_2SiO_5发生原位反应,在涂层表面形成一层致密α-Al_2O_3层。对喷涂态及镀Al表面改性涂层进行典型模拟服役环境性能对比实验,发现镀Al表面改性EBCs具有较好的抗高温水氧及耐CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-Si O_2)腐蚀性能。另外,通过实验观察,原位形成的α-Al_2O_3致密层对涂层的热循环性能无明显影响。 展开更多
关键词 环境障涂层 大气等离子喷涂 镀Al改性 水氧腐蚀 cmas腐蚀 热循环
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La_(2)Ce_(2)O_(7)/YSZ复合热障涂层制备及高热循环寿命机理研究
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作者 亢永霞 谌帅 +3 位作者 齐晓涵 汤金博 田雨晶 张漩 《机电工程技术》 2024年第4期184-187,共4页
为解决目前广泛使用的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)热障涂层在CMAS腐蚀条件下热循环寿命较低的问题,采用超音速等离子喷涂技术沉积了La_(2)Ce_(2)O_(7)(LC)/YSZ复合热障涂层,结合双送粉模式巧妙实现了LC与YSZ的复合,借助两种材料残余应力... 为解决目前广泛使用的氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)热障涂层在CMAS腐蚀条件下热循环寿命较低的问题,采用超音速等离子喷涂技术沉积了La_(2)Ce_(2)O_(7)(LC)/YSZ复合热障涂层,结合双送粉模式巧妙实现了LC与YSZ的复合,借助两种材料残余应力的相互影响,有效解决LC材料热膨胀系数在低温段的陡降问题的同时提高了复合涂层的隔热性能及抗CMAS腐蚀性能。并通过高温静态腐蚀实验及热循环实验研究了LC/YSZ复合涂层的抗CMAS腐蚀性能及其在CMAS腐蚀条件下的热循环失效行为。结果表明,LC/YSZ复合涂层的热循环寿命比传统YSZ涂层高近90%,这归因于以下3方面:(1)将LC与YSZ混合能够有效避免LC材料在低温处的热膨胀系数陡降;(2)LC/YSZ复合涂层的隔热性能优于YSZ涂层;(3)LC/YSZ复合涂层可以与CMAS反应形成由La-Ce磷灰石相、CaAl_(2)Si_(2)O8、m-ZrO_(2)和t-ZrO_(2)相组成的反应层,有效地阻止CMAS熔体渗入涂层内部。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas腐蚀 热循环失效
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地面重型燃气轮机及其热障涂层的研究进展与发展趋势
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作者 邹兰欣 常辉 +4 位作者 高明浩 崔凤静 张甲 徐娜 常新春 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期18-40,共23页
国际公认的重型燃气轮机制造尖端技术之一—热障涂层技术,高温下通常面临CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2))腐蚀、氧化、相变与烧结等问题,其抗CMAS腐蚀性等关键性能极大地影响涂层寿命,提高热障涂层的性能刻不容缓。对重型燃气轮机用... 国际公认的重型燃气轮机制造尖端技术之一—热障涂层技术,高温下通常面临CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2))腐蚀、氧化、相变与烧结等问题,其抗CMAS腐蚀性等关键性能极大地影响涂层寿命,提高热障涂层的性能刻不容缓。对重型燃气轮机用热障涂层的研究进展与发展趋势进行全面总结与分析。首先介绍国内外重型燃气轮机的现状及发展趋势、热障涂层的系统结构、材料和几种典型的制备工艺,然后针对高温下燃气轮机热障涂层遇到的一些问题,对其隔热性、抗氧化性及抗热震性等关键性能的研究进展进行综述,最后分类详述热障涂层的CMAS腐蚀机理及其防护研究进展。综述热障涂层的几种关键性能,提出热障涂层的性能与其材料、结构及制备工艺密切相关,据此总结归纳提高热障涂层性能的方法,为热障涂层性能的提高提供参考依据,以弥补燃气轮机热障涂层领域目前缺乏这类综述文章的不足。 展开更多
关键词 燃气轮机 热障涂层 研究进展 cmas腐蚀
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RE-Si-Al-O玻璃相对高熵稀土双硅酸盐微结构及耐CMAS腐蚀性能的影响
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作者 李刘媛 黄开明 +2 位作者 赵秀艺 刘会超 王超 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期793-802,共10页
环境障涂层是高功重比航空发动机的关键技术,其目的是阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀,为陶瓷基复合材料热端部件提供有效保护。目前,高熵稀土双硅酸盐((xRE_(1/x))_(2)Si_(2)O_(7))是最具潜力的新一代环境障涂层材料。为了进一步提升高... 环境障涂层是高功重比航空发动机的关键技术,其目的是阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀,为陶瓷基复合材料热端部件提供有效保护。目前,高熵稀土双硅酸盐((xRE_(1/x))_(2)Si_(2)O_(7))是最具潜力的新一代环境障涂层材料。为了进一步提升高熵稀土双硅酸盐的耐高温(1500℃)CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2))腐蚀能力,本工作设计制备了一种新型高熵(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/RE-Si-Al-O(RE=Yb、Y、La)复相陶瓷。结果表明,在复相陶瓷中,RE-Si-Al-O玻璃相不仅能够包裹陶瓷晶粒,而且能够促进稀土双硅酸盐晶粒长大,减少晶界数量,使CMAS熔体的渗入通道数量减少。同时,随着RE-Si-Al-O玻璃相中稀土离子半径增大,玻璃相更易与CMAS熔盐中的Ca^(2+)离子反应,生成磷灰石相,降低CMAS熔体的活性,抑制高温CMAS熔盐对高熵稀土双硅酸盐晶粒的侵蚀,从而提高高熵稀土双硅酸盐的耐高温CMAS腐蚀能力。在1500℃腐蚀48 h后,(Y_(0.25)Yb_(0.25)Er_(0.25)Tm_(0.25))_(2)Si_(2)O_(7)/La-Si-Al-O复相陶瓷表面仍残留CMAS熔盐层,表明该复相陶瓷具有良好的耐高温CMAS腐蚀能力。该复相陶瓷的微结构设计为增强环境障涂层材料在高温CMAS环境下的长期应用提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 高熵稀土双硅酸盐陶瓷 cmas腐蚀 RE-Si-Al-O玻璃相
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防CMAS腐蚀热障涂层开裂的研究现状 被引量:5
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作者 王卫泽 方焕杰 黄继波 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期23-29,共7页
针对热障涂层在服役过程中受CMAS(Ca O-Mg O-Al2O3-Si O2)腐蚀而造成的表层剥落及层间易开裂问题,探讨总结了CMAS对于热障涂层的腐蚀机理,指出目前所用方法存在的不足,因此急需研究抗CMAS腐蚀的新材料系统和相关工艺。开裂失效是热障涂... 针对热障涂层在服役过程中受CMAS(Ca O-Mg O-Al2O3-Si O2)腐蚀而造成的表层剥落及层间易开裂问题,探讨总结了CMAS对于热障涂层的腐蚀机理,指出目前所用方法存在的不足,因此急需研究抗CMAS腐蚀的新材料系统和相关工艺。开裂失效是热障涂层主要的失效形式,通过降低氧化层的氧化速度和增加陶瓷层的韧性,能有效延长涂层的使用寿命。基于对涂层结构复杂性的分析,可知涂层需从宏观、细观、微观三个角度进行表述,因此合理运用跨尺度理论对于分析涂层结构等问题有着较为重要的意义。为此提出开发防CMAS渗入的细观增韧的热障涂层,并进一步从跨尺度角度进行开裂分析。研究结果对于丰富涂层增韧途径、增强抗腐蚀性能,保障热障涂层乃至航空发动机的安全平稳运行具有重要的理论意义和工程应用价值。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas腐蚀 涂层开裂 失效 跨尺度 增韧
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飞机APU涡轮导向叶片高温防护涂层失效模式分析 被引量:1
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作者 王璐璐 刘延宽 +3 位作者 费宇杰 王源生 战金滢 王志平 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期470-477,共8页
利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析了国内某型在役APU涡轮导向叶片的结构特征与热防护机理,研究了叶片失效件中高温防护涂层的厚度变化与失效模式。结果表明:飞机APU导向叶片中存在渗铝涂层+MCrAlY涂层与单一渗铝涂层2种不同的... 利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析了国内某型在役APU涡轮导向叶片的结构特征与热防护机理,研究了叶片失效件中高温防护涂层的厚度变化与失效模式。结果表明:飞机APU导向叶片中存在渗铝涂层+MCrAlY涂层与单一渗铝涂层2种不同的涂层结构;APU导向叶片失效件的MCrAlY涂层厚度从叶片尾缘—叶盆—前缘区域呈先增大后减小的趋势;受叶片构型影响,叶片尾缘区域涂层的氧化程度较严重,而叶盆区域越靠近前缘的位置涂层氧化损伤程度越低,但叶片前缘区域由于受CMAS腐蚀与高温氧化的耦合作用使得该区域涂层损伤最为严重。 展开更多
关键词 涡轮导向叶片 高温防护涂层 MCRALY 高温氧化 cmas腐蚀
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PS-PVD热障涂层柱状结构沉积调控及表面改性 被引量:1
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作者 姚梦晨 黄璐 +1 位作者 刘梅军 杨冠军 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期50-60,共11页
等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发... 等离子-物理气相沉积(PS-PVD)具有涂层多结构调控的特性,为高隔热、长寿命热障涂层的制备提供可能,是实现未来高性能航空发动机发展的关键技术之一。PS-PVD柱状结构涂层独特的微观结构使其兼具高隔热和热循环寿命长的双重优势,在航空发动机热障涂层领域有着广阔的应用前景。但PS-PVD柱状结构涂层工艺调控是在大量的实验基础上实现的,缺少相关的理论研究,而且高孔隙率的柱状结构涂层面临的CaO-MgO-Al 2O 3-SiO 2(CMAS)腐蚀失效问题仍然限制着涂层的使用。本文从涂层结构特征入手,阐述了沉积单元相态对涂层结构的影响规律,揭示了柱状结构涂层的气相沉积机理。在此基础上分析了涂层结构的工艺影响,并基于涂层材料在射流内的相态转变,从理论层面阐明了工艺参数调控的本质。此外,分析了PS-PVD柱状结构涂层CMAS腐蚀失效机理,阐述了表面镀铝改性对涂层抗CMAS腐蚀性能的影响机制,并对PS-PVD涂层结构调控和性能提升以及PS-PVD技术在环境障涂层和功能薄膜等领域的应用进行了展望。 展开更多
关键词 等离子-物理气相沉积(PS-PVD) 沉积机理 结构调控 表面改性 cmas腐蚀
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激光重熔改性热障涂层抗CMAS腐蚀特性 被引量:4
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作者 赵长浩 杨玲伟 +2 位作者 肖学仁 张军 潘伟 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期40-49,共10页
采用激光对大气等离子喷涂7YSZ热障涂层进行表面重熔处理,探讨基体预热和Al_(2)O_(3)溶胶涂敷对激光重熔层裂纹愈合的影响,研究处理后热障涂层的耐CMAS熔盐腐蚀性能。结果表明:涂层经过激光重熔和基体预热后的激光重熔处理后,与未经重... 采用激光对大气等离子喷涂7YSZ热障涂层进行表面重熔处理,探讨基体预热和Al_(2)O_(3)溶胶涂敷对激光重熔层裂纹愈合的影响,研究处理后热障涂层的耐CMAS熔盐腐蚀性能。结果表明:涂层经过激光重熔和基体预热后的激光重熔处理后,与未经重熔处理涂层的CMAS腐蚀厚度基本相同;而采用表面Al_(2)O_(3)溶胶涂敷加激光重熔的热障涂层的CMAS腐蚀厚度明显减小,表明Al_(2)O_(3)溶胶涂敷加激光重熔工艺可以有效地减轻CMAS熔盐侵蚀,其机理是表面形成的Al_(2)O_(3)薄膜溶于CMAS后生成了难熔晶体钙长石,降低了熔盐的流动性和腐蚀性。 展开更多
关键词 激光重熔 热障涂层 Al_(2)O_(3)溶胶涂覆 cmas腐蚀
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不同钇含量氧化锆基热障涂层材料CMAS腐蚀行为研究 被引量:1
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作者 张晗 王晶 +3 位作者 陆杰 陈小龙 黄轶男 赵晓峰 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第17期46-56,共11页
系统研究了不同YO1.5含量掺杂氧化锆基材料(8YSZ、20YSZ、38YSZ、55YSZ)以及纯氧化钇材料(Y_(2)O_(3))在1300℃下的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)腐蚀行为。结果表明,不同钇含量氧化锆基材料表现出具有显著差异的CMAS腐蚀行为。对... 系统研究了不同YO1.5含量掺杂氧化锆基材料(8YSZ、20YSZ、38YSZ、55YSZ)以及纯氧化钇材料(Y_(2)O_(3))在1300℃下的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)腐蚀行为。结果表明,不同钇含量氧化锆基材料表现出具有显著差异的CMAS腐蚀行为。对于YO1.5含量较低的8YSZ与20YSZ而言,腐蚀行为由溶解-再析出及晶界腐蚀所主导,前者析出小球颗粒ZrO_(2),后者的析出物则是直接沉积在原始ZrO_(2)表面形成核壳结构;随着YO1.5含量的增加,腐蚀行为逐渐转变成反应腐蚀,38YSZ以及55YSZ与CMAS熔盐快速反应结晶,形成一层连续致密、含磷灰石相的保护层,能够有效阻挡CMAS熔盐的进一步侵蚀,并且55YSZ所形成的保护层中磷灰石相的体积分数更多,抗CMAS腐蚀能力更佳;纯Y_(2)O_(3)样品也能与CMAS熔盐快速反应,从而形成一层致密的纯磷灰石层,抗CMAS腐蚀能力良好。因此,可以通过调控氧化锆基材料中的钇含量,从而调控热障涂层抗CMAS腐蚀能力。 展开更多
关键词 热障涂层(TBCs) cmas腐蚀 氧化钇掺杂氧化锆 磷灰石 陶瓷材料
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PS-PVD制备YSZ热障涂层的CMAS腐蚀行为研究 被引量:1
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作者 严刚 刘伟 +4 位作者 罗俊辉 谷凯凯 李聪 杨丽 周益春 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第17期57-63,共7页
热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透... 热障涂层(TBCs)广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透至涂层内部,诱导涂层过早失效。采用等离子-物理气相沉积技术(PS-PVD)制备YSZ热障涂层,利用XRD、SEM等表征手段,对不同腐蚀时间的涂层物相成分、微观结构进行了表征。研究结果表明,YSZ涂层在1250℃下经过CMAS腐蚀后发生了相变;随着腐蚀时间的增加,CMAS沉积物会沿着热障涂层类柱状晶间隙渗透至内部,导致涂层结构出现疏松,并且在陶瓷层上部区域出现了类柱状晶断裂现象,涂层宏观表现为部分陶瓷层剥落;腐蚀8 h后陶瓷层部分区域出现了类柱状晶从粘结层上整体剥离;CMAS渗透深度随腐蚀时间的增加不断加大,在腐蚀3 h内其渗透速度相对较快,腐蚀3 h以后其渗透速度会相对变得缓慢。 展开更多
关键词 等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD) 热障涂层(TBCs) cmas腐蚀 渗透速度 失效行为
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热障涂层的抗CMAS腐蚀研究进展 被引量:1
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作者 李文权 周红霞 +2 位作者 苏浩然 李尊甲 王成红 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第S02期139-146,共8页
随着航空发动机和燃气轮机核心部件的推重比和服役温度的不断提高,人们对热障涂层的服役环境提出了更加苛刻的要求。尤其在高温下CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)腐蚀环境中工作时,传统Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层已经无法... 随着航空发动机和燃气轮机核心部件的推重比和服役温度的不断提高,人们对热障涂层的服役环境提出了更加苛刻的要求。尤其在高温下CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)腐蚀环境中工作时,传统Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层已经无法满足要求。因此,提高热障涂层的抗CMAS腐蚀性能、延长涂层的使用寿命成为现阶段的研究重点。本文简述了热障涂层的CMAS腐蚀机理、CMAS腐蚀影响因素及CMAS腐蚀的防护技术。重点介绍了稀土对热障涂层的抗CMAS腐蚀研究现状,包括稀土共掺杂YSZ热障涂层和含稀土锆酸盐的双层结构热障涂层的抗CMAS腐蚀研究结果。本文旨在为抗CMAS腐蚀的热障涂层防护方法提供基础研究数据。 展开更多
关键词 热障涂层 YSZ cmas腐蚀 稀土共掺杂
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