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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
1
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
2
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 抗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：2
3
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：3
4
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
5
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
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热障涂层的CMAS腐蚀与防护研究进展
6
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
7
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
8
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
9
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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Sc_(2)O_(3)改性YSZ陶瓷的热物理性能及耐CMAS腐蚀性能
10
作者 常振东 刘亮 +3 位作者 王志刚 牟仁德 蔡妍 谢敏 《机械工程材料》 北大核心 2025年第12期63-69,共7页
使用固相合成法制备了6%(物质的量分数,下同)Sc_(2)O_(3)改性2%Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)陶瓷(SYSZ陶瓷),研究了SYSZ陶瓷的1400℃高温相稳定性、热物理性能以及在1250℃下耐CMAS(CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、Fe_(2)O_(3)的质量比21∶7∶1... 使用固相合成法制备了6%(物质的量分数,下同)Sc_(2)O_(3)改性2%Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)陶瓷(SYSZ陶瓷),研究了SYSZ陶瓷的1400℃高温相稳定性、热物理性能以及在1250℃下耐CMAS(CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、Fe_(2)O_(3)的质量比21∶7∶19∶42∶11)腐蚀性能,并与质量分数8%Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)陶瓷(YSZ陶瓷)进行对比。结果表明:在1400℃下热处理500 h前后SYSZ陶瓷均为t四方相结构,未出现明显的m单斜相,而YSZ陶瓷中存在m相;Sc_(2)O_(3)的掺杂可有效提升YSZ陶瓷的高温相稳定性。SYSZ陶瓷的热导率随着温度升高先降低,在600℃附近达到最小值后缓慢升高;不同温度下SYSZ陶瓷的热导率均明显低于YSZ陶瓷,在1200℃下的热导率为1.79 W·m^(-1)·K^(-1),相较于YSZ陶瓷降低约16%。随温度升高,SYSZ陶瓷的热膨胀系数呈近似线性增大趋势,略微低于YSZ陶瓷。在1250℃的CMAS中腐蚀10 h后SYSZ陶瓷组织为排列紧密的棒状结构,与YSZ陶瓷相比,其表面形成的反应层厚度降低了85%,相同腐蚀条件下反应层中的m相含量明显更低;SYSZ陶瓷表现出更佳的耐CMAS腐蚀性能。 展开更多
关键词 Sc_(2)O_(3)改性YSZ陶瓷 高温相稳定性 cmas腐蚀行为 热物理性能
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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
11
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
12
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
13
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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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：42
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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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CMAS渗入对等离子喷涂YSZ热障涂层形貌的影响 被引量：17
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作者 何箐 刘新基 +3 位作者 柳波 吕玉芬 汪瑞军 王伟平 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期42-48,共7页
研究了等离子喷涂不同结构YSZ涂层在CMAS渗入作用下的形貌演变规律。对带有模拟CMAS沉积物的YSZ涂层进行高温热处理试验,并在低CMAS输送量条件下对YSZ涂层进行冲刷试验,试验后涂层均出现了严重的层间剥离失效。通过试验前后涂层的截面... 研究了等离子喷涂不同结构YSZ涂层在CMAS渗入作用下的形貌演变规律。对带有模拟CMAS沉积物的YSZ涂层进行高温热处理试验,并在低CMAS输送量条件下对YSZ涂层进行冲刷试验,试验后涂层均出现了严重的层间剥离失效。通过试验前后涂层的截面形貌及Raman光谱分析,结果表明:涂层的显微形貌变化主要表现在高温下熔融态CMAS沿涂层表面微裂纹和孔隙渗入内部,引起YSZ陶瓷层孔隙收缩、表层致密化,同时在涂层表面粘附的CMAS耦合作用下,YSZ涂层表层中产生大量横向微裂纹和明显分层;另外,YSZ涂层表层在CMAS中溶解并导致YSZ加速相变失稳也是影响涂层形貌变化和过快失效的因素之一。CMAS沉积层厚度增加时,同等条件下CMAS对涂层失效的影响会加剧。 展开更多
关键词 cmas沉积物 YSZ 热障涂层 失效
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CMAS环境下电子束物理气相沉积热障涂层的热循环行为及失效机制 被引量：18
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作者 苗文辉 王璐 +3 位作者 郭洪波 彭徽 王凯 宫声凯 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期76-82,共7页
航空发动机涡轮叶片工作时表面经常产生CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)等沉积物。本文中研究了电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备ZrO2热障涂层(TBCs)在CMAS环境下的热循环行为及失效机制。结果表明,在1200℃热冲击条件下,表面涂覆CMAS的热... 航空发动机涡轮叶片工作时表面经常产生CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)等沉积物。本文中研究了电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备ZrO2热障涂层(TBCs)在CMAS环境下的热循环行为及失效机制。结果表明,在1200℃热冲击条件下,表面涂覆CMAS的热障涂层的热循环寿命低于100次,而未涂覆CMAS的涂层寿命达到500次以上,CMAS的存在加速了热障涂层的剥落失效。在1200℃经过210次循环后,ZrO2陶瓷层与CMAS之间形成了约8μm厚的互反应区,其形成主要与CMAS中Ca2+内扩散有关。CMAS环境下热障涂层陶瓷层产生大量横向裂纹,涂层的失效主要以陶瓷层片状剥落为主。 展开更多
关键词 热障涂层 循环热冲击 cmas 互反应区 失效
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不同结构8YSZ热障涂层对CMAS沉积物的防护作用 被引量：12
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作者 何箐 汪瑞军 +2 位作者 邹晗 由晓明 王伟平 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期86-95,共10页
利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层，研究了不同结构涂层在高温退火（1250℃，2h）和燃气热冲击条件（1200℃／900℃）下对CMAS沉积物防护作用。结果表明：提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致... 利用常规等离子喷涂和高能等离子喷涂工艺分别制备了不同结构的8YSZ热障涂层，研究了不同结构涂层在高温退火（1250℃，2h）和燃气热冲击条件（1200℃／900℃）下对CMAS沉积物防护作用。结果表明：提高8YSZ涂层致密度和在其表面制备致密氧化铝封阻层可延缓CMAS沉积物渗入和反应，并提高涂层在CMAS耦合条件下燃气热冲击寿命，在孔隙率12．9％的8YSZ涂层表面制备厚度10～20gm致密氧化铝层，热冲击寿命提高4．4倍。8YSZ涂层致密度提高或表面致密氧化铝薄层制备，可进一步降低涂层表面粗糙度，同时燃气热冲击条件下氧化铝层自身逐层剥离的失效形式，均能减缓CMAS的粘附；1250℃下氧化铝层会溶解进入CMAS提高局部Al含量，从而使CMAS中局部低熔点相向高熔点钙长石相转变，会进一步提高界面稳定性。 展开更多
关键词 cmas沉积物 热障涂层 氧化铝封阻层 防护作用
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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：32
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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
原文传递
CMAS人工岩层防砂技术 被引量：8
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作者 雷光伦 张建国 +2 位作者 郭云尧 方立新 马汉忠 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 1999年第1期71-74,共4页
一种新的无机防砂剂在水环境中可自行固结成人造多孔岩层，以填补油层实体亏空，阻挡砂粒运移，防止出砂。着重从固结与防砂机理、优化配方研究、温度对人工岩层团结的影响、抗老化与抗介质腐蚀研究、ＣＭＡＳ人造岩心润湿性及有效渗透... 一种新的无机防砂剂在水环境中可自行固结成人造多孔岩层，以填补油层实体亏空，阻挡砂粒运移，防止出砂。着重从固结与防砂机理、优化配方研究、温度对人工岩层团结的影响、抗老化与抗介质腐蚀研究、ＣＭＡＳ人造岩心润湿性及有效渗透率测试和孔隙大小分布测试等室内研究出发，介绍了该防砂剂的自固结特性，同时介绍了现场应用及效果。 展开更多
关键词 化学防砂 人工隔挡层 硬化 油井防砂 cmas
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一种新型CMAS耦合条件下热障涂层热循环实验方法 被引量：4
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作者 何箐 吴鹏 +2 位作者 屈轶 汪瑞军 王伟平 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期92-98,共7页
提出一种高温度梯度、燃气加热和CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)沉积条件下热障涂层热循环实验方法,并对1200℃下CMAS沉积物对等离子喷涂热障涂层过早失效的影响因素进行讨论和分析。结果表明:无CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命为573次;C... 提出一种高温度梯度、燃气加热和CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)沉积条件下热障涂层热循环实验方法,并对1200℃下CMAS沉积物对等离子喷涂热障涂层过早失效的影响因素进行讨论和分析。结果表明:无CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命为573次;CMAS耦合条件下,热障涂层热循环寿命降低至70次。CMAS渗入会导致陶瓷层表层产生致密层和横向微裂纹增多。CMAS耦合条件下,热障涂层的失效以陶瓷层逐层剥离为主。 展开更多
关键词 cmas沉积物 热循环 高温度梯度 热障涂层 失效
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