鋯基陶瓷熱障涂層的腐蝕研究進展*

韓 旭，耿洪濱，王 鈾，李 仰，張曉東

（1.哈爾濱工業大學，哈爾濱 150000；2.濱州綠豐熱電有限公司，濱州 251905）

渦輪葉片是發動機工作中負載最大的部件之一，工作過程中面臨載荷壓力大、使用溫度高等問題。因此，渦輪葉片基體從鑄造合金到定向凝固合金、單晶合金，耐用溫度不斷提高。熱障涂層（TBCs）制備技術也從大氣等離子噴涂（APS）發展到電子束物理氣相沉積（EB–PVD）和等離子噴涂物理氣相沉積（PS–PVD）。隨著基體與涂層制備技術的不斷發展，TBCs 結構設計同樣發生多次迭代。圖1[1]總結了TBCs的進展，在過去的幾十年里，技術的進步使工程涂層具有優異的抗侵蝕性、損傷容限、熱穩定性和低導熱性。TBCs 優異的抗侵蝕性能在很大程度上減輕了由異物損傷和磨蝕性環境顆粒造成的損傷。然而，在較高的工作溫度下，工作環境介質導致涂層有了新的降解機制，細微的環境顆粒開始融化、分解并附著在渦輪機械部件上，降低了氣動性能，并開始破壞TBCs 的結構和化學完整性。TBCs 技術的進步使發動機的工作溫度高于熱段結構合金的熔點。因此，環境顆粒引起的TBCs 故障會導致整個發動機的災難性故障。本文旨在總結目前腐蝕介質對TBCs 浸入機制的最新認識，以及TBCs 改性后對腐蝕過程的影響，對TBCs 的研究和開發工作做出一定指導。綜述了以氧化釔穩定氧化鋯陶瓷（Yttriastabilized zirconia，YSZ）基為主的TBCs，討論了腐蝕介質滲透機制，包括熱腐蝕、CMAS 腐蝕、熔鹽腐蝕。綜合討論了TBCs 改性后對腐蝕過程造成的影響，對TBCs 腐蝕現狀進行總結，對未來發展做出展望。……