Al表面改性Si-HfO2/YbDS/GYYZO热/环境障涂层的抗CMAS腐蚀性能OA
CMAS Corrosion Resistance of Al-modified Si-HfO2/YbDS/GYYZO Thermal/Environmental Barrier Coating
随着航空发动机热端部件服役温度的提升,钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀已成为热/环境障涂层(T/EBCs)失效的关键因素.新型 Gd2O3-Yb2O3-Y2O3 共稳 ZrO2(GYYZO)陶瓷因其优异的热物理性能而颇具应用前景,但在1500℃极端高温下,其抗 CMAS 腐蚀性能仍需进一步提高.本研究采用表面镀铝+真空热处理方法对等离子喷涂-物理气相沉积(Plasma spray-physical vapor deposition,PS-PVD)制备的 Si-HfO2/Yb2Si2O7/GYYZO 涂层体系进行表面改性.首先,对 PS-PVD 制备的涂层进行 1300℃退火处理,愈合微裂纹;随后,利用直流脉冲磁控溅射技术在GYYZO 层表面沉积厚度为 3~4 μm 的铝薄膜;最后,通过真空热处理(400℃/2.5 h+660℃/2 h+808℃/1.5 h+980℃/1 h)使铝层转化为致密的 Al2O3 阻挡层.系统研究了改性前后涂层在 1500℃下的 CMAS 腐蚀演变行为及失效机理.结果表明,在 1500℃下,CMAS 熔体通过晶界快速渗透至未改性 GYYZO 涂层内部,诱使 Yb2Si2O7 层产生"起泡"损伤及大量裂纹,最终导致涂层加速失效.与之相比,经铝改性技术处理后的 GYYZO 涂层,得益于表面原位生成的致密 Al2O3 阻挡层,可有效抑制 CMAS 的晶界渗透,从而延缓腐蚀动力学进程.在腐蚀 1 h 后,改性涂层仍能保持结构完整性.
The rising service temperature of aero-engine hot-section components makes calcium magnesium aluminum silicate(CMAS)corrosion a key failure mechanism for thermal/environmental barrier coatings(T/EBCs).The novel Gd2O3-Yb2O3-Y2O3 co-stabilized ZrO2(GYYZO)ceramic is promising due to its good thermophysical properties.However,its CMAS corrosion resistance at 1500℃needs improvement.In this work,a PS-PVD-fabricated Si-HfO2/Yb2Si2O7/GYYZO coating system was enhanced via Al deposition and vacuum heat treatment.Firstly,the as-sprayed coating was annealed at 1300℃to heal microcracks.Subsequently,a 3-4 μm thick aluminum film was deposited on the GYYZO layer surface via direct current pulsed magnetron sputtering.Finally,vacuum heat treatment(400℃/2.5 h+660℃/2 h+808℃/1.5 h+980℃/1 h)was conducted to promote the formation of a dense Al2O3 barrier layer.A comparative study at 1500℃revealed that CMAS rapidly penetrated the unmodified GYYZO coating along grain boundaries,causing blistering and cracking in the Yb2Si2O7 layer and accelerating failure.Conversely,the Al-modified GYYZO coating formed a dense Al2O3 barrier in situ,effectively suppressing CMAS penetration and slowing corrosion kinetics,thus maintaining structural integrity after 1 h.
商森;姜林文;董浩;戴睿;吴健;卓学士;张军贵;张小锋
宁波大学 材料科学与化学工程学院,宁波 315000||广东省科学院 新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广州 510650宁波大学 材料科学与化学工程学院,宁波 315000广东省科学院 新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广州 510650广东省科学院 新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广州 510650广东省科学院 新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广州 510650广东省科学院 新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广州 510650广东省科学院 新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广州 510650广东省科学院 新材料研究所,现代材料表面工程技术国家工程实验室,广东省现代表面工程技术重点实验室,广州 510650
化学化工
热/环境障涂层CMAS腐蚀铝改性GYYZO
thermal/environmental barrier coatingCMAS corrosionaluminum modificationGYYZO
《无机材料学报》 2026 (7)
923-929,7
四川省科技计划(2025ZDZX0003)Sichuan Science and Technology Program(2025ZDZX0003)
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