CMAS组分改变对EBPVD-热障涂层微观组织结构的影响

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:andrew2011
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热障涂层可以显著降低合金表面温度,提高发动机热效率,因此成为当代先进航空发动机的关键防护材料。然而,航空发动机在服役过程中,总是不可避免地摄入空气中携带的沙尘,火山灰等钙镁铝硅颗粒(CMAS),导致热障涂层CMAS腐蚀失效。而且,随着发动机推重比的提高,燃气进口端温度不断升高,热障涂层钙镁铝硅(CMAS)腐蚀引起失效已成为制约热障涂层安全应用在航空发动机上的严重问题。如何获得对热障涂层CMAS腐蚀失效机理的充分理解是防止热障涂层CMAS腐蚀失效的关键。由于CMAS的组分随着地理环境的变化有较大范围的波动,不同组分的CMAS对热障涂层的破坏机理的之间的关系尚未得到充分的研究。因此本文采用SEM、XRD、拉曼光谱、EDS、TEM等微观表征手段对不同成分的CMAS腐蚀引起EBPVD-TBCs样品的微结构变化进行了系统的研究。主要研究内容如下:第一、实验室人工制备了CMAS并对其进行分析测试。所制备的CMAS粒度连续的分布在0.2-45μm之间;XRD分析显示CMAS主要呈非晶态存在,并且CMAS的各种成分之间在熔融过程中没有发生明显的化学反应;CMAS的熔化温度随着CaO的增多呈逐渐升高的趋势。第二、深入研究了温度为1250oC不同时间33CaO-9MgO-13Al2O3-45SiO2对TBCs陶瓷层和界面腐蚀的微结构特征。主要发现了两种CMAS在陶瓷层中渗透的模式:从柱状晶间隙渗透和从腐蚀产生的新的通道渗透。CMAS腐蚀对TBCs陶瓷层与基底界面处的破坏行为得到了详细的表征和分析。界面处钙长石(CaAl2Si2O8)和尖晶石(MgAl2O4)的发现证明了腐蚀过程中界面处发生了化学反应。钙长石(CaAl2Si2O8)和尖晶石(MgAl2O4)的形成所产生的生长应力和热应力导致陶瓷层和氧化铝基底界面容易出现裂纹。第三、对不同成分的CMAS腐蚀对TBC所造成的影响进行一系列的对比分析。随着CMAS组分改变以及腐蚀温度的改变,TBCs的微观组织结构具有不同的演变规律。当Si含量较多时,陶瓷层中会有ZrSiO4的生成;而当Ca的含量较多且温度较高时,陶瓷层的结构遭到了彻底的破坏。
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