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环境障涂层吹砂及热梯度烧蚀行为

有色金属工程 2023年第2期13卷 51-58页

作者：杨斌侯伟骜原慷中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵阳550014 矿冶科技集团有限公司北京100160

环境障涂层(EBC)在实际服役过程中不仅面临高温燃气热梯度烧蚀环境,还会面临砂砾冲蚀情况。对等离子喷涂的EBC涂层(底层为硅,面层为双硅酸镱)进行了表面吹砂和高温燃气热梯度烧蚀考核试验。首先对EBC涂层的吹砂行为进行了分析,结果表明... 详细信息

环境障涂层(EBC)在实际服役过程中不仅面临高温燃气热梯度烧蚀环境,还会面临砂砾冲蚀情况。对等离子喷涂的EBC涂层(底层为硅,面层为双硅酸镱)进行了表面吹砂和高温燃气热梯度烧蚀考核试验。首先对EBC涂层的吹砂行为进行了分析,结果表明,吹砂会引起涂层开裂和表层剥落。在经过了1400℃烧蚀考核后,分析了样品不同区域的烧蚀形貌,并重点研究了中心烧蚀区的涂层失效行为。结果表明,中心烧蚀区涂层失效与硅元素的扩散直接相关。根据内部微观组织及显微成分的分析,给出了硅扩散导致涂层烧蚀剥落的机理分析。

关键词：环境障涂层吹砂温度梯度烧蚀失效

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环境障涂层含钙镁水汽条件下热冲击行为

有色金属工程 2023年第3期13卷 1-8页

作者：徐永涛侯伟骜原慷卢晓亮中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵阳550014 矿冶科技集团有限公司北京100160

环境障涂层(EBC)在实际服役过程中不仅面临高温水汽环境,还会面临钙镁的腐蚀。对等离子喷涂的双硅酸镱EBC涂层进行了1 250℃、300次的含钙镁水汽热冲击考核试验,并进行了涂层微观组织分析。结果表明,考核后涂层表面生成了双层腐蚀结构,... 详细信息

环境障涂层(EBC)在实际服役过程中不仅面临高温水汽环境,还会面临钙镁的腐蚀。对等离子喷涂的双硅酸镱EBC涂层进行了1 250℃、300次的含钙镁水汽热冲击考核试验,并进行了涂层微观组织分析。结果表明,考核后涂层表面生成了双层腐蚀结构,其中最外层主要受到了钙腐蚀,生成了明显的多相组织,且包含大孔洞等形貌,该区生成了(Yb/Ca)_(2)Si_(2)O_(7)、(Yb/Ca)_(2)SiO_(5)和(Ca/Yb)_(2)SiO_(4)多相组织;次表层则受到了以镁为主的钙镁离子共同腐蚀,也生成了多晶相(Yb/Mg/Ca)_(2)SiO_(5)和(Mg/Ca/Yb)_(2)SiO_(4),组织相对致密。通过结合表面形貌、横截面组织、微观能谱成分和XRD相结构等分析方式,对EBC涂层在含钙镁水汽热冲击环境下的化学反应机制进行了分析,给出了涂层失效机理分析。

关键词：环境障涂层钙镁水汽热冲击

热处理对等离子喷涂BSAS环境障涂层性能影响

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材料工程 2023年第3期51卷 59-66页

作者：崔永静洪智亮郭孟秋王长亮焦健成来飞中国航发北京航空材料研究院北京100095 西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108

采用自制的固相烧结BSAS粉体,利用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/BSAS三层结构环境障涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪等研究环境障涂层在不同热处理温度下涂层的相结构、显微组织演变规律。... 详细信息

采用自制的固相烧结BSAS粉体,利用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/BSAS三层结构环境障涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射分析仪等研究环境障涂层在不同热处理温度下涂层的相结构、显微组织演变规律。结果表明:喷涂态BSAS涂层主要由单斜结构BAS相和非晶相组成;经过1100℃热处理后,涂层内部非晶相转变为六方结构BAS相;1200℃热处理后六方结构BAS相逐渐向单斜结构BAS相转变,在1300℃热处理后单斜结构BAS相的含量达到最大;随着热处理温度的进一步上升,出现鳞石英结构的SiO_(2)相和高钡含量的Ba3SiO5相以及副钡长石结构BAS相,1400℃热处理过程中发现硅液滴渗出的现象。

关键词：环境障涂层等离子喷涂碳化硅陶瓷基复合材料 BSAS

以抗CMAS腐蚀为目标的稀土硅酸盐环境障涂层高熵化设计与性能提升

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金属学报 2023年第4期59卷 523-536页

作者：王京阳孙鲁超罗颐秀田志林任孝旻张洁中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

环境障涂层是大推力和高推重比航空发动机的关键材料,能够为碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料热端部件提供有效防护,阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀。稀土硅酸盐具有与SiC基复合材料匹配的热膨胀系数以及良好的化学相容性,... 详细信息

环境障涂层是大推力和高推重比航空发动机的关键材料,能够为碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料热端部件提供有效防护,阻挡燃气及环境腐蚀介质的侵蚀。稀土硅酸盐具有与SiC基复合材料匹配的热膨胀系数以及良好的化学相容性,是目前国际公认的优选环境障涂层体系。然而,目前已知稀土硅酸盐材料耐典型低熔点氧化物CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(CMAS)腐蚀性能不足,难以满足新一代航空发动机1300℃及以上温度的工程应用需求。本文总结了近年来稀土硅酸盐耐CMAS腐蚀相关研究进展,重点介绍了本团队关于单一稀土主元单/双硅酸盐CMAS腐蚀机理的研究成果,以此为基础提出高熵化设计思路,旨在充分利用不同稀土元素在与CMAS反应过程中呈现的特性差异,通过合理设计多稀土主元搭配实现稀土硅酸盐材料耐CMAS腐蚀性能提升。最后对高熵稀土硅酸盐环境障涂层的发展方向进行了展望。

关键词：环境障涂层稀土硅酸盐高熵陶瓷 CMAS腐蚀

多组元BaO-SrO-CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-2SiO_(2)环境障涂层的制备与抗CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)腐蚀性能

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硅酸盐学报 2022年第6期50卷 1456-1462页

作者：栾世梁张帅任科王一光北京理工大学先进结构技术研究院北京100081

采用固相法制备不同摩尔Ba、Sr、Ca、Mg配比的BaO-SrO-CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(BSCMAS)陶瓷材料,研究多组元陶瓷的制备工艺、显微结构及其抗CMAS腐蚀性能。结果表明:通过调控MgO的含量,在1400℃条件下制备了Ba_(0.3)Sr_(0.3)Ca_(0.35)Mg_(0.05)Al_(2)Si_(2)O_(8)(B_(0.3)S_(0.3)C_(0.35)M_(0.05)AS)单相多组元陶瓷材料。在1250、1300℃和1350℃对B_(0.3)S_(0.3)C_(0.35)M_(0.05)AS进行CMAS腐蚀实验,相比于Ba_(0.5)Sr_(0.5)Al_(2)Si_(2)O_(8)材料,B_(0.3)S_(0.3)C_(0.35)M_(0.05)AS表现出更好的抗CMAS腐蚀性能,这是由于多组元阳离子的迟滞扩散效应减缓了Ba、Sr与Ca、Mg的相互扩散,并快速形成钙长石腐蚀过渡层阻挡Ba、Sr的流失,进而显著改善了材料的抗CMAS腐蚀性能。

关键词：多组元材料固溶体环境障涂层迟滞扩散

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环境障涂层黏结层的研究进展

航空制造技术 2021年第13期64卷 14-25页

作者：周益春王明明 WU Rudder 杨丽西安电子科技大学西安700126 湘潭大学湘潭411105 日本国立材料研究所筑波305-0044

碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC)具有优异的高温力学性能和热稳定性,在航空发动机高温热端部件上展现出了巨大的应用潜力。但碳化硅陶瓷基复合材料在水汽环境下容易腐蚀,必须应用环境障涂层(Environmental barriercoatings,EBCs)对其进... 详细信息

碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC)具有优异的高温力学性能和热稳定性,在航空发动机高温热端部件上展现出了巨大的应用潜力。但碳化硅陶瓷基复合材料在水汽环境下容易腐蚀,必须应用环境障涂层(Environmental barriercoatings,EBCs)对其进行保护,在环境障涂层和碳化硅陶瓷基复合材料间还必须使用过渡层,主要用于增强EBCs与基底之间的附着力,减少基底与环境障涂层之间热膨胀失配。对EBCs的Si黏结层、复合黏结层研究进展进行了详细评述,最后对EBCs黏结层的发展方向进行了展望。

关键词：环境障涂层黏结层失效水氧腐蚀热生长氧化物(TGO) 复合黏结层

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抗水氧腐蚀致密环境障涂层研究进展

中国机械工程 2022年第12期33卷 1459-1467页

作者：董琳杨冠军张小锋刘梅军周克崧李璞朱昌发徐向毅刘坤西安交通大学材料科学与工程学院西安710049 广东省科学院新材料研究所广州510650 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002 西安航天发动机有限公司西安710061 空军装备部驻西安地区军事代表局第八军事代表室西安710000

环境障涂层(EBCs)涂敷在碳化硅陶瓷基复合材料(SiC-CMCs)表面,能够有效隔绝发动机腐蚀环境,避免基体的快速腐蚀失效,成为SiC-CMCs材料在航空航天发动机热端部件应用的关键。然而,涂层内不可避免地存在贯通孔隙,导致EBCs在发动机高温水... 详细信息

环境障涂层(EBCs)涂敷在碳化硅陶瓷基复合材料(SiC-CMCs)表面,能够有效隔绝发动机腐蚀环境,避免基体的快速腐蚀失效,成为SiC-CMCs材料在航空航天发动机热端部件应用的关键。然而,涂层内不可避免地存在贯通孔隙,导致EBCs在发动机高温水氧环境下快速腐蚀失效。从EBCs材料特性、制备工艺及工艺参数等方面总结了国内外研究进展,阐述了孔隙结构对涂层抗高温水氧腐蚀性能的影响规律,分析了等离子体法制备的涂层中孔隙的形成机制,总结了提高涂层致密性的方法,并展望了获得高抗水氧腐蚀的致密EBCs的后续重点研究方向。

关键词：致密化水氧腐蚀环境障涂层陶瓷基复合材料

碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层结合强度

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材料工程 2024年第2期52卷 198-206页

作者：苏超群邓龙辉刘若愚蒋佳宁云海涛李归苗小锋陈文博易出山刘俐董淑娟曹学强中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室武汉430070

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性... 详细信息

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中,其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标,但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素,包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限,以及Si黏结层的制备工艺等,获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中,基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位,其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa,它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似,均低于同样工艺制备的莫来石或Yb2Si2O7涂层。

关键词：碳化硅复合材料环境障涂层结合强度

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稀土硅酸盐环境障涂层综述

中国表面工程 2021年第6期34卷 21-32页

作者：王佳宁王超会王铀李广书王春圻荣芷艺刘慧男齐齐哈尔大学材料科学与工程学院齐齐哈尔161006 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

硅基非氧化物陶瓷材料因其质量轻、强度高、韧性大等优点和其上的环境障涂层,广泛用于民用或军用飞机发动机的热端部件,但目前所用的传统环境障涂层保护效果并不理想。因此对新发展的稀土硅酸盐环境障涂层进行深入研究,以使其能广泛用... 详细信息

硅基非氧化物陶瓷材料因其质量轻、强度高、韧性大等优点和其上的环境障涂层,广泛用于民用或军用飞机发动机的热端部件,但目前所用的传统环境障涂层保护效果并不理想。因此对新发展的稀土硅酸盐环境障涂层进行深入研究,以使其能广泛用于高推重比发动机上具有重要意义。稀土硅酸盐环境障涂层相较于传统环境障涂层,具有更好的隔热性、与基体更匹配的热膨胀系数(二硅酸镱)及优异的抗腐蚀性能,如稀土硅酸镱盐具有良好的抗水氧和抗熔盐腐蚀性能,这些性能能够有效提高硅基陶瓷及涂层在发动机恶劣环境下的使用寿命,目前已成为飞机的首选防护涂层材料,从而成为环境障涂层材料领域研究的热点。从稀土硅酸盐环境涂层的主要应用研究背景、发展历程、制备方法、涂层性能、失效机理等方面系统阐述其各种特点,提出目前稀土硅酸盐环境障涂层易失效的多种原因,以及工艺制备和性能模拟测试方面的不足之处,为未来的涂层改进和研究发展指明了方向。

关键词：稀土硅酸盐环境障涂层高温稳定性耐腐蚀性