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吹风比对热障涂层-气膜冷却系统CMAS侵蚀过程及隔热性能的影响
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作者 张俊红 谢安顺 +3 位作者 高朗 张学玲 林杰威 戴胡伟 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
针对熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀诱发含冷却孔热障涂层结构热防护性能下降的问题,研究了不同吹风比下的CMAS的非均匀侵蚀行为及其对热障涂层(TBCs)隔热性能的影响.在Fluent软件中,考虑热传导、热对流和热辐射(热辐射使用离散纵坐标... 针对熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀诱发含冷却孔热障涂层结构热防护性能下降的问题,研究了不同吹风比下的CMAS的非均匀侵蚀行为及其对热障涂层(TBCs)隔热性能的影响.在Fluent软件中,考虑热传导、热对流和热辐射(热辐射使用离散纵坐标辐射模型),建立共轭传热模型得到了在吹风比为1.5、1.0和0.5时TBC-气膜冷却系统的温度分布,在ABAQUS中建立三维相场模型(PFM)模拟CMAS的非均匀侵蚀行为,定量分析不同吹风比下CMAS侵蚀行为对TBC-气膜冷却系统温度分布的影响.分析了侵蚀300 h前后TBCs-气膜冷却系统温度场的变化,探讨了在不同吹风比下CMAS非均匀侵蚀对TBCs靠近主流入口、冷却孔入口前缘、冷却孔出口后缘和主流出口4个典型位置沿涂层厚度方向路径上热阻的影响.结果表明:TBC-气膜冷却系统在工作条件下具有三维温度梯度,沿主流流动方向和沿TBCs厚度方向上有较高的温度梯度,冷却孔附近区域温度分布的不均匀度高.陶瓷(TC)层中的CMAS浓度分布呈明显的不均匀性,在高温度区域内CMAS侵蚀速率更高,吹风比降低会引起TC层温度上升,温度不均匀性下降,CMAS的侵蚀程度增加,浓度分布的不均匀性下降.CMAS侵蚀会降低TBCs的隔热性能,吹风比为1.5、1.0和0.5时,侵蚀前后TBCs在靠近主流入口位置沿厚度方向路径上热阻下降率最高,分别为16.47%、17.13%和17.55%.CMAS侵蚀对TBCs在冷却孔出口后缘的隔热性能的影响较小,热阻在侵蚀前后的变化不大. 展开更多
关键词 吹风比 热障涂层 cmas非均匀侵蚀 隔热性能
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无压烧结制备(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷及其高温抗CMAS腐蚀性能 被引量:1
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作者 樊文楷 杨潇 +2 位作者 李宏华 李永 李江涛 《无机材料学报》 北大核心 2025年第2期159-167,共9页
稀土锆酸盐(Rare-earthzirconate,REZ)比传统钇稳定氧化锆(Yttrium stabilized zirconate,YSZ)材料更能抵抗环境中的钙镁铝硅氧化物(CMAS)腐蚀,因此在热障涂层领域受到关注。研究表明,对锆酸盐类材料进行高熵化设计是提升其高温抗CMAS... 稀土锆酸盐(Rare-earthzirconate,REZ)比传统钇稳定氧化锆(Yttrium stabilized zirconate,YSZ)材料更能抵抗环境中的钙镁铝硅氧化物(CMAS)腐蚀,因此在热障涂层领域受到关注。研究表明,对锆酸盐类材料进行高熵化设计是提升其高温抗CMAS腐蚀性能的有效方法。本工作采用固相反应法合成了单相缺陷萤石结构的(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵稀土锆酸盐(High-entropy rare-earth zirconate,HE-REZ)粉体,并将无压烧结(Pressureless sintering,PLS)与冷等静压(Cold isostatic pressing,CIP)技术相结合高效制备了块体样品,表征了样品的物相组成、微观结构、元素分布、热学性能、力学性能,重点研究了抗CMAS腐蚀性能。实验结果表明:CIP+PLS工艺可获得相对密度为98.6%的样品,在1300℃、CMAS腐蚀条件下其腐蚀深度仅为7YSZ的2.6%、锆酸钆(GZO)的22.6%。REZ优异的化学稳定性再加上高熵化带来的迟滞扩散效应,极大提升了样品的抗CMAS腐蚀性能。此外,相比于GZO,HE-REZ具有更高的硬度与杨氏模量、更大的线膨胀系数、更低的热导率,使得其力学、热学性能优于GZO。本研究制备的(Y_(0.2)Gd_(0.2)Er_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2))_(2)Zr_(2)O_(7)高熵陶瓷在热障材料领域显示出良好的应用前景。 展开更多
关键词 高熵陶瓷 热障材料 锆酸盐 无压烧结 cmas腐蚀性能
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抗CMAS腐蚀涡轮叶片热障涂层研究进展 被引量:1
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作者 谷寰宇 董金全 +2 位作者 梁立康 王世兴 何箐 《热喷涂技术》 2025年第1期58-71,共14页
热障涂层(TBC)是航空发动机和燃气轮机热端部件制造的核心技术之一,环境沉积物CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)腐蚀成为当前影响TBCs服役性能和发动机安全运行的关键因素,尤其在海洋环境下形成的低熔点产物和强烈腐蚀作用为CMAS防护带来了更... 热障涂层(TBC)是航空发动机和燃气轮机热端部件制造的核心技术之一,环境沉积物CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)腐蚀成为当前影响TBCs服役性能和发动机安全运行的关键因素,尤其在海洋环境下形成的低熔点产物和强烈腐蚀作用为CMAS防护带来了更大挑战。本文综述了APS和EB-PVD热障涂层在CMAS作用下的失效机理,从耐CMAS腐蚀陶瓷材料、抗CMAS腐蚀热障涂层结构、表面封阻层、低表面粗糙度热障涂层处理技术等方面,探讨了涡轮叶片表面抗CMAS腐蚀热障涂层技术研究现状及应用实践。本文重点分析了低表面粗糙度热障涂层处理技术,特别是涂层光饰技术,通过降低表面粗糙度、减少表面缺陷和优化涂层表面形貌,显著提升了涂层的抗CMAS腐蚀性能。该技术已在航空航天领域得到实际应用,并展现出良好的防护效果。文章探讨了涂层光饰技术在抑制CMAS渗透、延缓涂层失效方面的作用机制,并对其应用前景进行了展望。最后,对抗CMAS腐蚀的涡轮叶片热障涂层防护技术提出了未来研究的重点方向。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas腐蚀 失效机理 防护方法 涂层光饰
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热障涂层表面激光改性及其对涂层抗CMAS性能的影响 被引量:1
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作者 曹高明 吴静 《材料研究与应用》 2025年第2期301-307,共7页
热障涂层是影响航空发动机涡轮叶片抗腐蚀性能的3大关键因素之一,其可大幅提高涡轮叶片的工作温度。目前,涡轮叶片最常使用的是Y_(2)O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层,但是该涂层抵抗环境沉积物(简称CMAS,其成分主要为CaO、MgO、Al_(2... 热障涂层是影响航空发动机涡轮叶片抗腐蚀性能的3大关键因素之一,其可大幅提高涡轮叶片的工作温度。目前,涡轮叶片最常使用的是Y_(2)O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层,但是该涂层抵抗环境沉积物(简称CMAS,其成分主要为CaO、MgO、Al_(2)O_(3)和SiO_(2))腐蚀能力弱,在CMAS作用下涂层会发生相变、结构破坏及服役寿命大幅降低。为改善CMAS作用下YSZ热障涂层的相和结构稳定性,以及提高涂层的抗CMAS性能,采用脉冲Nd:YAG激光系统对镍基高温合金基体的YSZ涂层进行表面改性,通过优化激光参数获得激光改性的热障涂层,并对其进行1250℃×4 h的CMAS腐蚀试验。利用X射线衍射(XRD)、光学电镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等,表征改性涂层的相组成、表面形貌、改性层微观结构、改性层/原始涂层的界面结合状态,同时分析改性涂层组织结构特征和抗CMAS腐蚀性能。结果表明,YSZ涂层表面经过激光改性后,形成了具有柱状晶结构的改性层,该层表面光滑且内部存在纵向裂纹,其厚度及与下方原始涂层的界面结合状况均受激光改性参数的影响。通过激光参数的优化,确定激光光束长度为80 mm、扫描速度为8 mm·s^(-1),这有助于提高改性层/原始涂层的界面匹配性。CMAS腐蚀试验结果表明,激光改性涂层具有良好的相稳定性和结构稳定性。采用激光表面改性可提高热障涂层的抗CMAS腐蚀性能,但抗腐蚀性能提高的程度依赖于改性层的厚度和微观结构,特别是纵向裂纹的分布。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas YSZ 表面改性 激光参数优化 相组成 微观结构 纵向裂纹
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大气等离子喷涂制备的不同结构热障涂层抗CMAS腐蚀性能
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作者 袁宝涵 王卫泽 +4 位作者 方焕杰 杨挺 王一皓 杨子宁 黄继波 《热加工工艺》 北大核心 2025年第20期143-147,154,共6页
通过大气等离子喷涂技术(APS)分别制备了具有垂直裂纹的致密结构热障涂层(DVC TBC)和嵌入式团聚颗粒结构热障涂层(EMAP TBC),比较了在1300℃条件下的熔融钙镁铝硅酸盐(CMAS)在两种涂层中渗透行为以及1100℃条件下涂层抗热震性能差异。... 通过大气等离子喷涂技术(APS)分别制备了具有垂直裂纹的致密结构热障涂层(DVC TBC)和嵌入式团聚颗粒结构热障涂层(EMAP TBC),比较了在1300℃条件下的熔融钙镁铝硅酸盐(CMAS)在两种涂层中渗透行为以及1100℃条件下涂层抗热震性能差异。结果表明,喷涂态EMAP涂层呈现疏松多孔结构,经CMAS渗透后渗透区域均匀且明显;喷涂态DVC涂层结构致密且存在垂直裂纹,CMAS在涂层各个区域呈现不均匀渗透特征,在致密区CMAS浓度含量比EMAP涂层少,但垂直裂纹使得CMAS渗透到了比EMAP涂层更深的位置。此外,EMAP涂层的抗热震性能优于DVC涂层。该结果为未来热障涂层的微观结构和抗CMAS腐蚀性能改进提供了基础。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas腐蚀 EMAP DVC 性能对比
原文传递
热障涂层的CMAS腐蚀与防护研究进展
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作者 罗敏 吴杨 +1 位作者 郭磊 贺定勇 《热喷涂技术》 2025年第2期1-18,共18页
随着航空工业的不断发展,航空发动机性能逐渐提高,发动机涡轮前进口温度也不断提高,为改善涡轮叶片在高温下的服役性能,热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)得到了广泛应用。然而,随着日益复杂的运行环境,TBCs表面的CMAS腐蚀问题... 随着航空工业的不断发展,航空发动机性能逐渐提高,发动机涡轮前进口温度也不断提高,为改善涡轮叶片在高温下的服役性能,热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)得到了广泛应用。然而,随着日益复杂的运行环境,TBCs表面的CMAS腐蚀问题日趋严峻,为解决这一问题,国内外学者从各个角度对CMAS腐蚀问题进行了大量研究,并提出了一系列的改进方法。基于目前国内外在TBCs的CMAS腐蚀问题上取得的研究进展,概述了CMAS问题的起源,介绍了CMAS的物相组成、结晶特征、黏度等特性,随后分析了CMAS作用于TBCs上的腐蚀机理,并从表面防护层制备、YSZ材料改性、新材料设计和仿生结构构筑四个方面介绍了当前CMAS腐蚀防护方法的最新研究进展。最后对超高温下TBCs抗CMAS腐蚀的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 涡轮叶片 热障涂层 cmas 防护方法
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1300℃下单硅酸钇EBCs系统的CMAS沉积物腐蚀机理
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作者 陈潇潇 蒋文昊 李彪 《失效分析与预防》 2025年第2期97-103,共7页
环境障涂层(EBCs)在高温服役过程中易受到熔融态钙镁铝硅酸盐(CMAS)沉积物的腐蚀,探明EBCs的CMAS沉积物腐蚀行为及机理,对评估EBCs的腐蚀耐久性和提升涂层服役寿命等具有重要意义。针对大气等离子喷涂制备的单硅酸钇/莫来石/硅体系的EBC... 环境障涂层(EBCs)在高温服役过程中易受到熔融态钙镁铝硅酸盐(CMAS)沉积物的腐蚀,探明EBCs的CMAS沉积物腐蚀行为及机理,对评估EBCs的腐蚀耐久性和提升涂层服役寿命等具有重要意义。针对大气等离子喷涂制备的单硅酸钇/莫来石/硅体系的EBCs系统,开展涂层在1300℃下CMAS沉积物的高温腐蚀规律、腐蚀行为及机理研究。结果表明:单硅酸钇层在1300℃下易溶解到附着于其表面CMAS沉积物的腐蚀物中,二者发生热化学反应并在反应前沿析出一层磷灰石相;薄且致密的磷灰石层能一定程度地阻挡热腐蚀的进行,使得单硅酸钇层的腐蚀动力学过程呈抛物线特征;单硅酸钇层在经受CMAS沉积物腐蚀100h后被基本消耗殆尽。 展开更多
关键词 环境障涂层 单硅酸钇 cmas腐蚀 高温腐蚀行为
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Y_(2)O_(3)添加对Al_(2)O_(3)陶瓷/CMAS界面致密反应层生长行为的影响研究
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作者 玉郅云 郭凯森 +2 位作者 程一凡 缪怡玲 梁天权 《装备制造技术》 2025年第8期60-64,共5页
采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM/EDS)研究1、5、10 wt%Y_(2)O_(3)添加对Al_(2)O_(3)陶瓷与环境沉积物CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)在1300℃下的热化学反应行为影响。结果表明,陶瓷与熔融CMAS发生快速反应,在陶瓷/CMAS... 采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM/EDS)研究1、5、10 wt%Y_(2)O_(3)添加对Al_(2)O_(3)陶瓷与环境沉积物CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)在1300℃下的热化学反应行为影响。结果表明,陶瓷与熔融CMAS发生快速反应,在陶瓷/CMAS界面生成了钙长石(CaAl_(2)Si_(2)O_(8))外层和尖晶石(MgAl_(2)O_(4))内层组成的双层致密反应层。致密反应层的厚度随反应时间延长而增加。反应24 h后外层钙长石层厚度分别28.6μm、34.2μm、35.8μm,内层尖晶石层厚度分别为12.8μm、14.2μm、19.5μm,双致密反应层能够很好地阻挡Ca^(2+)与Si^(4+)的渗透。并且致密层生长速率随反应时间延长而降低,符合抛物线规律。Y_(2)O_(3)可促进熔融CMAS反应结晶,初始时析出黄长石Ca_(2)Mg(Al,Si)O_(7)和钙长石相,随时间延长在钙长石相间析出Y-磷灰石相(Ca_(4)Y_(6)(SiO_(4))_(6)O)。此外,Y_(2)O_(3)的添加促进了Ca^(2+)、Mg^(2+)和Si^(4+)向陶瓷的内扩散,以及Y^(3+)向CMAS的外扩散。随着反应时间延长,离子扩散加剧并促进钙长石、尖晶石、磷灰石高熔点结晶相的形成。适量添加Y_(2)O_(3)促进Al_(2)O_(3)陶瓷表面形成致密反应层以及CMAS结晶,增大CMAS黏度,有效减缓了CMAS熔体的进一步渗透腐蚀,提高Al_(2)O_(3)陶瓷抗CMAS高温渗透腐蚀能力。 展开更多
关键词 Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)陶瓷 cmas 渗透腐蚀 致密反应层 生长行为
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高温环境下等离子喷涂56YSZ涂层CMAS腐蚀机制分析
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作者 胡延浩 范习之 +2 位作者 黄文质 赵凯睿 毛卫国 《表面技术》 北大核心 2025年第12期61-71,共11页
目的阐明56%(质量分数)氧化钇稳定氧化锆(56YSZ)涂层1350℃条件下CMAS(钙镁铝硅酸盐)腐蚀行为,分析腐蚀产物及其演变规律,揭示等离子喷涂56YSZ涂层高温CMAS腐蚀机理。方法利用大气等离子喷涂方法制备56YSZ涂层,在1350℃条件下对表面涂敷... 目的阐明56%(质量分数)氧化钇稳定氧化锆(56YSZ)涂层1350℃条件下CMAS(钙镁铝硅酸盐)腐蚀行为,分析腐蚀产物及其演变规律,揭示等离子喷涂56YSZ涂层高温CMAS腐蚀机理。方法利用大气等离子喷涂方法制备56YSZ涂层,在1350℃条件下对表面涂敷CMAS(33Ca O-9Mg O-13Al O1.5-45SiO_(2))的56YSZ涂层进行CMAS腐蚀试验。结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS),表征经1350℃腐蚀不同时间后涂层物相结构与微观形貌,以分析1350℃条件下56YSZ涂层CMAS腐蚀行为。结果在1350℃高温环境下,涂层CMAS腐蚀速率随时间延长呈明显的下降趋势,8 h后涂层CMAS腐蚀速率最低(0.50μm/h),且经过50 h腐蚀后CMAS腐蚀深度由(150.9±11.0)μm增至(172.5±18.3)μm。在腐蚀初期,CMAS熔体快速渗透,与涂层反应生成了磷灰石相;然而,随着CMAS熔体中Si^(4+)/Al^(3+)比值逐渐降低,熔体与涂层反应生成了石榴石相,且c-ZrO_(2)包裹磷灰石相与石榴石相形成了致密的保护层;最终涂层腐蚀区反应产物主要为c-ZrO_(2)、磷灰石相及石榴石相。结论56YSZ涂层在1350℃条件下展现出优异的抗CMAS腐蚀性能,腐蚀反应生成的磷灰石相、石榴石相以及c-ZrO_(2)共同组成了致密保护层,有效阻滞了CMAS熔体的腐蚀渗透,并快速消耗CMAS熔体活性元素,在56YSZ涂层抗腐蚀过程中起到了积极作用。 展开更多
关键词 高氧化钇稳定氧化锆 cmas腐蚀 热障涂层 腐蚀机理 热渗透 大气等离子喷涂
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CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理 被引量:5
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作者 郭磊 张馨木 杨硕 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期75-86,共12页
环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元... 环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y2O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明:与CMAS相比,CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1250℃),CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1250℃热处理4 h后,渗透深度超过400μm。盐类的共存会改变CMAS的性质,增强熔体的渗透能力,增加涂层内部甚至底部失效的倾向。研究结果有助于理解盐类与CMAS耦合时混合熔体对热障涂层的破坏机理及潜在威胁。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas+海盐 cmas+NaVO_(3) 耦合腐蚀 腐蚀机理
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Gd_(2)Zr_(2)O_(7)热障涂层材料性能研究及抗CMAS行为
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作者 王进双 徐一妍 +2 位作者 卢贤军 龚文杰 王迎辉 《信阳师范大学学报(自然科学版)》 2025年第4期470-475,共6页
以氧化锆(ZrO2)和氧化钆(Gd2O3)材料为原料,使用高温固相法合成了Gd_(2)Zr_(2)O_(7)。通过X射线衍射(XRD)、热膨胀仪、扫描电子显微镜(SEM)和维氏硬度计等仪器对其晶相结构、热膨胀系数、微观结构、力学性能和抗烧结性能进行了系统研究... 以氧化锆(ZrO2)和氧化钆(Gd2O3)材料为原料,使用高温固相法合成了Gd_(2)Zr_(2)O_(7)。通过X射线衍射(XRD)、热膨胀仪、扫描电子显微镜(SEM)和维氏硬度计等仪器对其晶相结构、热膨胀系数、微观结构、力学性能和抗烧结性能进行了系统研究,并在1250℃下对Gd_(2)Zr_(2)O_(7)进行了4~12 h的CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2))热腐蚀实验。结果表明:Gd_(2)Zr_(2)O_(7)具有较高的热膨胀系数(TEC)、较好的抗烧结性能,但其力学性能较差。热腐蚀4 h后,腐蚀深度达到41.56μm;热腐蚀12 h后,腐蚀深度达到132.30μm。在高温下,Gd_(2)Zr_(2)O_(7)与熔融的CMAS发生反应,生成致密富磷灰石相Ca_(2)Gd_(8)(SiO_(4))_(6)O_(2),能够阻碍CMAS的进一步渗透。 展开更多
关键词 热障涂层 力学性能 抗烧结性能 cmas腐蚀
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CMAS侵蚀环境下YSZ+GYbZ双陶瓷热障涂层热循环失效机制研究
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作者 张华 寇录文 +6 位作者 王玉锋 田伟 刘砚飞 杨岩 曹伟 杨晨曦 赵耀伟 《燃气涡轮试验与研究》 2025年第5期47-56,共10页
采用多弧离子镀技术在DD5单晶高温合金基体上制备NiCoCrAlYHf金属黏结层,采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺制备YSZ+GYbZ双陶瓷层,研究CMAS侵蚀环境下YSZ+GYbZ双陶瓷热障涂层的热循环失效机制。结果表明,在1 180℃条件下循环氧化98 h... 采用多弧离子镀技术在DD5单晶高温合金基体上制备NiCoCrAlYHf金属黏结层,采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺制备YSZ+GYbZ双陶瓷层,研究CMAS侵蚀环境下YSZ+GYbZ双陶瓷热障涂层的热循环失效机制。结果表明,在1 180℃条件下循环氧化98 h后,非CMAS侵蚀区热障涂层完整,双陶瓷层均未出现烧结现象;在底层与YSZ陶瓷层界面处形成了厚度约3~5μm的均匀、连续的TGO层,含有极少量的Ni、Cr元素,未形成尖晶石相;根据TGO层厚度及成分可以推断,金属黏结层能够继续承受1 180℃的热循环性能测试,热循环寿命大于150 h。在CMAS侵蚀热障涂层区,CMAS在高温条件下以熔融态渗入到GYbZ陶瓷层间隙,造成GYbZ陶瓷层呈层状剥落;GYbZ陶瓷层剥落后,表面黏附的CMAS随之剥落,从而防止CMAS黏附物对热障涂层的进一步侵蚀,达到“牺牲型”GYb Z陶瓷层抗CMAS侵蚀的技术目标。YSZ+GYb Z双陶瓷热障涂层在高温条件下表现出良好的抗CMAS侵蚀能力,能够有效防止CMAS沿纵向的侵蚀破坏。研究成果为满足航空发动机涡轮叶片高温热防护需求提供了技术支撑。 展开更多
关键词 航空发动机 DD5单晶高温合金 YSZ陶瓷层 GYbZ陶瓷层 EB-PVD技术 cmas侵蚀环境
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大气等离子喷涂Y_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的CMAS腐蚀抗力 被引量:2
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作者 李捷 罗志新 +3 位作者 崔阳 张广珩 孙鲁超 王京阳 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期671-680,I0001,I0002,共12页
探索能够有效抵抗1300℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate,CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3)体... 探索能够有效抵抗1300℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate,CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3)体系,采用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying,APS)技术制备了具有共晶成分的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。通过在1100、1300和1500℃对制备态涂层进行热处理,获得了具有不同微观结构的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。利用不同表征手段研究了YAG/Al_(2)O_(3)涂层抵抗1300℃CMAS腐蚀的性能及微观结构对涂层腐蚀抗性的影响。研究结果发现,经不同温度热处理的YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS的反应产物均为石榴石结构固溶体、CaAl_(2)Si_(2)O_(8)和Ca_(2)MgSi_(2)O_(7)。腐蚀机制研究发现,1100℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS反应界面的近连续分布石榴石固溶体层可有效阻隔CMAS腐蚀元素的扩散;1500℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层晶粒尺寸的增加及晶界数量的减少可降低涂层材料在CMAS中的溶解速率,二者均可通过影响腐蚀过程中的离子传输速率而影响各生成物的竞争析出,进而提升涂层的CMAS腐蚀抗力。本工作为YAG/Al_(2)O_(3)涂层热处理工艺优化提供了借鉴,并为通过微观结构优化调控YAG/Al_(2)O_(3)涂层的CMAS腐蚀抗力提供了新思路。 展开更多
关键词 YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3) 大气等离子喷涂 环境障涂层 cmas腐蚀抗力 晶界腐蚀 热处理温度
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热障涂层抗CMAS腐蚀的表面改性研究进展 被引量:3
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作者 韩志勇 赖浩瀚 +1 位作者 张权 严慧羽 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期35-50,共16页
近年来,CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因,严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径,不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面,还能通过物... 近年来,CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因,严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径,不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面,还能通过物理屏障或化学牺牲层的形式来阻挡熔融CMAS的渗入与反应。重点围绕国内外表面改性技术提高热障涂层抗CMAS腐蚀性能方面取得的研究与突破,根据作用机理划分为机械法、物理表面改性、化学表面改性和电化学表面改性四大类,阐述了这4类改性技术的原理与应用,同时归纳了不同表面改性工艺的优缺点。探讨了第一性原理计算与有限元模拟在稀土氧化物掺杂的氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和钙钛矿等新型热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,以充分了解涂层微观组织结构和界面结构演变,为新型热障涂层的设计研究提供指导。最后,展望了TBCs在高温环境应用以及腐蚀防护的发展方向。 展开更多
关键词 热障涂层 硅酸盐环境沉积物(cmas) 表面改性技术 材料计算与模拟 新型热障涂层陶瓷材料
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热障涂层CMAS腐蚀失效机制研究进展 被引量:3
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作者 高栋 刘燚栋 +1 位作者 张国栋 黄爱华 《装备环境工程》 CAS 2024年第5期88-102,共15页
随着航空发动机效率的持续提高,其涡轮前温度不断攀升,CMAS腐蚀失效已成为制约热端部件热障涂层可靠性和耐久性的关键问题之一。基于此,首先简要分析了航空发动机CMAS的来源,然后从热力学、热化学和热物理3个维度,深入分析了热障涂层的C... 随着航空发动机效率的持续提高,其涡轮前温度不断攀升,CMAS腐蚀失效已成为制约热端部件热障涂层可靠性和耐久性的关键问题之一。基于此,首先简要分析了航空发动机CMAS的来源,然后从热力学、热化学和热物理3个维度,深入分析了热障涂层的CMAS腐蚀机制,阐述了上述3种模型下涂层与CMAS的作用机理。在此基础上,提炼形成了热障涂层CMAS腐蚀的基本过程。针对CMAS化学成分和涂层成分、涂层组织结构等影响热障涂层CMAS腐蚀行为的主要因素进行了探讨,进一步基于国内外提升涂层抗CMAS腐蚀能力的研究进展,归纳形成了5种技术途径。最后,从支撑航空发动机的研制需求的角度,分析了当前抗CMAS涂层工程化应用研究中存在的主要问题,明确了抗CMAS涂层研制的工作重点。 展开更多
关键词 热障涂层 cmas 腐蚀 研究进展 失效机制 涡轮前温度
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高温预曝露对多元稀土氧化物YSZ热障涂层的CMAS腐蚀抗性的影响 被引量:1
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作者 汪文君 米栋 +4 位作者 程昊 王旭 艾兴 李子昂 李东旭 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期33-43,共11页
针对预曝露对多元稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层Gd_(2)O_(3)-Yb_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)(GYb-YSZ)CMAS腐蚀行为的影响,通过制备标准件试样,开展三类实验:高温预曝露实验、CMAS腐蚀实验以及高温预曝露后CMAS腐蚀实验。采用扫描电子显微镜(S... 针对预曝露对多元稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层Gd_(2)O_(3)-Yb_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)(GYb-YSZ)CMAS腐蚀行为的影响,通过制备标准件试样,开展三类实验:高温预曝露实验、CMAS腐蚀实验以及高温预曝露后CMAS腐蚀实验。采用扫描电子显微镜(SEM)以及纳米压痕等方法对比研究了涂层在进行上述三类实验前后微观形貌组织与基本力学特性的变化,从而讨论高温预曝露对CMAS腐蚀的影响。实验结果表明,短时预曝露处理会引起多通道渗透,长时预曝露处理会导致纵向贯穿裂纹发生。对于980℃或1050℃预曝露处理125 h会降低CMAS渗透效果。当温度达到1150℃时,CMAS以熔融态渗入陶瓷层中,在冷却过程中,CMAS重新凝固导致柱状晶间隙膨胀形成垂直裂纹,直至贯穿陶瓷层,加速涂层剥落;同时,CMAS腐蚀后样品涂层的杨氏模量约增加48%,硬度约增加50%。因此,经过980℃或1050℃预曝露处理125 h的试样具有明显的抗CMAS腐蚀的效果。 展开更多
关键词 多元稀土氧化物 热障涂层 预曝露 cmas腐蚀 力学性能
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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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Gd-Sc(Yb)-YSZ陶瓷涂层的隔热性能及抗CMAS热腐蚀性能研究
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作者 张金萌 沈少波 +2 位作者 郭薇 董浩 张小锋 《稀有金属与硬质合金》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期18-26,33,共10页
采用两步水热法制备了组成分别为Zr_(0.87)Y_(0.07)Gd_(0.02)Sc_(0.04)O_(1.94)(Gd-Sc-YSZ)和Zr_(0.87)Y_(0.08)Gd_(0.03)Yb_(0.02)O_(1.94)(Gd-Yb-YSZ)的两种含有半空心球的陶瓷粉末。将上述陶瓷粉末造粒并通过大气等离子喷涂在渗铝涂... 采用两步水热法制备了组成分别为Zr_(0.87)Y_(0.07)Gd_(0.02)Sc_(0.04)O_(1.94)(Gd-Sc-YSZ)和Zr_(0.87)Y_(0.08)Gd_(0.03)Yb_(0.02)O_(1.94)(Gd-Yb-YSZ)的两种含有半空心球的陶瓷粉末。将上述陶瓷粉末造粒并通过大气等离子喷涂在渗铝涂层表面分别制备两种陶瓷层,组成了陶瓷层/渗铝层/NiCrAlY/DZ40M热障涂层,并分别测试了这两种热障涂层和传统YSZ涂层在热源温度1050℃和1400℃下的隔热温度及在1250℃下的抗CMAS热腐蚀性能。结果表明:Gd-Yb-YSZ和Gd-Sc-YSZ两种涂层在1400℃保温6h后其表面完好且没有脱落,两种涂层主要由亚稳四方相(t'-ZrO_(2))组成,这说明这两种涂层均有望在1400℃长期使用,在此高温条件下渗铝层对陶瓷层在NiCrAlY合金表面的黏结稳定性具有关键作用。在1050℃和1400℃热源条件下,相比于YSZ涂层,Gd-Yb-YSZ、Gd-Sc-YSZ涂层的隔热温度更高,且其热导率仅为YSZ涂层的0.35~0.5倍,即通过掺杂Gd、Yb、Sc,YSZ涂层的隔热效果显著提升。YSZ涂层经历1250℃的CMAS热腐蚀1h后发生边缘脱落,Gd-Yb-YSZ涂层在6h后仅中央变粗糙,而Gd-Sc-YSZ涂层6h后仍完好无损。Gd-Sc-YSZ和Gd-Yb-YSZ涂层的抗CMAS热腐蚀性能远优于YSZ涂层,特别是Gd-Sc-YSZ涂层。 展开更多
关键词 Gd-Sc(Yb)-YSZ陶瓷涂层 渗铝涂层 隔热温度 热导率 cmas热腐蚀
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Microstructural evolution,mechanical properties and degradation mechanism of PS-PVD quasi-columnar thermal barrier coatings exposed to glassy CMAS deposits
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作者 Zi-Yue Yu Liang-Liang Wei +3 位作者 Xing-Ye Guo Bao-Peng Zhang Qing He Hong-Bo Guo 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期3329-3340,共12页
Thermal barrier coatings(TBCs) applied in aeroengines tend to be attacked by molten calcia-magnesiaalumino-silicate(CMAS) at high operating temperatures.Yttria-stabilized zirconia(YSZ) coatings with quasicolumnar micr... Thermal barrier coatings(TBCs) applied in aeroengines tend to be attacked by molten calcia-magnesiaalumino-silicate(CMAS) at high operating temperatures.Yttria-stabilized zirconia(YSZ) coatings with quasicolumnar microstructure were fabricated by plasma spray physical vapor deposition(PS-PVD) technique.The chemic al changes,micros tructural transform ation,mechanical properties and degradation mechanisms of the CM AS-interacted TBCs in the thermal cycling tests were investigated.Feathered YSZ grains were dissolved in the CMAS melts,and then the ZrO_(2) grains were reprecipitated with spherical shape,accompanying with phase transformation from tetragonal(t) to monoclinic(m).The thermal cycling tests reveal that the YSZ coating fails at the early stage due to the attack of CMAS.The fractures in intracolumns lead to partial spallation of the coatings.The failure of the coating occurs at the interfaces between thermally grown oxides(TGO) layer and YSZ topcoat;especially,the hardness and Young's modulus of the YSZ coatings increase intensively,as the coatings were infiltrated by the CMAS for a long time. 展开更多
关键词 cmas Thermal barrier coatings Young's modulus Thermal cycling behavior PS-PVD
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Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层高温CMAS的侵蚀行为分析
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作者 王梦潇 丁坤英 +3 位作者 王者 张涛 刘子剑 戴胡伟 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期41-50,共10页
环境障涂层(EBCs)是航空发动机热端部件新一代防护层,在高温下受到钙镁铝硅沉积物(CMAS)侵蚀的影响。熔融CMAS渗透进入涂层内部产生额外内应力会导致涂层剥落,但热冲击条件下CMAS在EBCs表面的润湿与渗透行为机理尚未明晰。采用等离子喷... 环境障涂层(EBCs)是航空发动机热端部件新一代防护层,在高温下受到钙镁铝硅沉积物(CMAS)侵蚀的影响。熔融CMAS渗透进入涂层内部产生额外内应力会导致涂层剥落,但热冲击条件下CMAS在EBCs表面的润湿与渗透行为机理尚未明晰。采用等离子喷涂制备Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层,研究CMAS在其不同粗糙度表面的润湿行为和在不同孔隙结构下的渗透行为。结果表明:粗糙度影响CMAS在Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层表面的润湿,粗糙度越大,CMAS纵向驱动越占主导;孔隙结构影响CMAS在Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层内部的渗透,孔隙率越高,渗透速率越快。研究将为Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层减缓CMAS侵蚀提供支持。 展开更多
关键词 环境障涂层 钙镁铝硅沉积物(cmas) 润湿行为 渗透行为
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