大氣等離子噴涂YSZ涂層中CMAS滲透行為分析

丁坤英，李志遠，王璐璐，董仲伸

大氣等離子噴涂YSZ涂層中CMAS滲透行為分析

丁坤英1，李志遠1，王璐璐2，董仲伸2

（1.中國民航大學 天津市民用航空器適航與維修重點實驗室，天津 300300；2.中國南方航空股份有限公司 工程技術分公司，沈陽 110100）

建立大氣等離子制備的熱障涂層的結構特征與高溫環境中CMAS滲透速率之間的定量關系，分析微裂紋、孔洞等缺陷對滲透行為的影響。利用大氣等離子噴涂方法制備ZrO2-8％Y2O3（YSZ）涂層。用摩爾比為45SiO2︰33CaO︰13AlO1.5︰9MgO的CMAS涂覆涂層表面，在1 200 ℃條件下進行CMAS滲透試驗。通過SEM、EDS、XRD對涂層微觀結構和物相進行測試，并通過圖像分析處理軟件計算涂層的孔隙率，分析孔徑的分布規律。測量CMAS滲透速率，分析涂層結構對滲透速率的影響，改進CMAS理論滲透速率計算方法。熔融態的CMAS能夠快速滲透涂層，使得涂層的孔隙率由12.8%降至4%。YSZ涂層中直徑大于3 μm的孔隙不易被填充。把有效孔隙率引入到CMAS滲透速率的計算中，可以將計算結果與實測結果之間的偏差降至5%以內。CMAS滲透后30 min內，YSZ未發生明顯的相變，40 min后發現涂層出現腐蝕現象。大氣等離子噴涂YSZ涂層中微裂紋的直徑尺寸影響CMAS滲透速率，而曲折程度對滲透速率的影響較小。直徑較小的裂紋能夠加速滲透，直徑較大的孔洞可以阻礙CMAS的滲透。由于大氣等離子噴涂YSZ中存在大量直徑較小的微裂紋，使得高溫環境中CMAS能夠在較短時間內滲透YSZ涂層，使涂層出現致密化。

大氣等離子噴涂；熱障涂層；CMAS；滲透行為；微觀結構；孔隙直徑

熱障涂層（Thermal Barrier Coatings，TBCs）廣泛用于飛機發動機的金屬部件，其出色的隔熱性能可以使金屬部件與熱氣體隔絕開[1-3]，從而實現工作溫度的提升[4-7]和發動機效率的改善[8-9]。……