大气等离子喷涂YSZ涂层中CMAS渗透行为分析

作     者：丁坤英 李志远 王璐璐 董仲伸 DING Kun-ying;LI Zhi-yuan;WANG Lu-lu;DONG Zhong-shen

作者机构：中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室天津300300 中国南方航空股份有限公司工程技术分公司沈阳110100 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2022年第51卷第10期

页      面：370-379页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：中央高校基本科研业务费重点项目(3122019189)。 

主　　题：大气等离子喷涂 热障涂层 CMAS 渗透行为 微观结构 孔隙直径 

摘      要：目的建立大气等离子制备的热障涂层的结构特征与高温环境中CMAS渗透速率之间的定量关系,分析微裂纹、孔洞等缺陷对渗透行为的影响。方法利用大气等离子喷涂方法制备ZrO_(2)-8%Y_(2)O_(3)(YSZ)涂层。用摩尔比为45SiO_(2)︰33CaO︰13AlO_(1.5)︰9MgO的CMAS涂覆涂层表面,在1200℃条件下进行CMAS渗透试验。通过SEM、EDS、XRD对涂层微观结构和物相进行测试,并通过图像分析处理软件计算涂层的孔隙率,分析孔径的分布规律。测量CMAS渗透速率,分析涂层结构对渗透速率的影响,改进CMAS理论渗透速率计算方法。结果熔融态的CMAS能够快速渗透涂层,使得涂层的孔隙率由12.8%降至4%。YSZ涂层中直径大于3μm的孔隙不易被填充。把有效孔隙率引入到CMAS渗透速率的计算中,可以将计算结果与实测结果之间的偏差降至5%以内。CMAS渗透后30 min内,YSZ未发生明显的相变,40 min后发现涂层出现腐蚀现象。结论大气等离子喷涂YSZ涂层中微裂纹的直径尺寸影响CMAS渗透速率,而曲折程度对渗透速率的影响较小。直径较小的裂纹能够加速渗透,直径较大的孔洞可以阻碍CMAS的渗透。由于大气等离子喷涂YSZ中存在大量直径较小的微裂纹,使得高温环境中CMAS能够在较短时间内渗透YSZ涂层,使涂层出现致密化。