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大氣等離子噴涂YSZ涂層中CMAS滲透行為分析

2022-11-08 10:46:42丁坤英李志遠王璐璐董仲伸
表面技術 2022年10期
關鍵詞:裂紋結構

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]。……

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