热障涂层具有高隔热性、抗腐蚀等特点,所以作为优良的防护材料广泛应用于先进航空发动机的涡轮叶片上。然而飞机飞行过程中,空气中的沙尘等固体小颗粒便会随着热气流被卷入到涡轮叶片中,造成典型的CMAS入侵,最终引发涂层的失效。为了更为透彻的理解真实涡轮叶片的高温CMAS腐蚀失效机理,本文专门设计了梯度加热电阻炉,用模拟真实火山灰成分配制的CMAS,腐蚀以金属为基底的EB-PVD热障涂层,系统地探讨CMAS的入渗路径与规律。通过SEM、XRD、EDS、纳米压痕等微观表征手段,详尽的阐述了CMAS腐蚀造成的Ni基EB-PVD热障涂层的裂纹萌生与扩展过程,重点研究了腐蚀温度、时间、腐蚀粒子的单位含量对EB-PVD热障涂层腐蚀的影响。主要研究结果包括:1、模拟真实火山灰实验室配制CMAS粉末并分析了CMAS能够入渗的基本条件。多次手工研磨后CMAS粉末粒度在18μm左右分布最为密集,融化初始温度约为1170°C。CMAS到达其熔点后,在15 min内便可以通过毛细管作用沿着柱状晶间隙快速渗透到陶瓷层底部。另外只要接触时间足够长,CMAS在低于其熔点的温度下,也有少量可以入渗到陶瓷层中。2、逐步探讨了1250°C下CMAS造成EB-PVD热障涂层产生裂纹的规律,发现裂纹主要在CMAS大量富集的地方萌生。所以实验中,我们发现CMAS的涂覆量是影响裂纹快速扩展的主要因素之一。涂覆量越大,界面沉积的CMAS越多,底部YSZ腐蚀就越严重。针对同一涂覆量而言,短时间的高温腐蚀,CMAS主要集中在YSZ表层,实验中可以观察到1 h,2 h以及4 h腐蚀后的YSZ表层的柱状晶都发生了断裂,这里出现的仅仅是单个柱状晶上的微裂纹,裂纹并没有在相邻柱状晶之间有延伸。长时间腐蚀后,在界面出现粗大的裂纹,腐蚀24 h的样品的YSZ层从界面完全剥离。高温腐蚀过程中,由于YSZ中部分的Y元素会向表层以及基底有个扩散,出现了Y贫化区域,破坏了结构中ZrO2的稳定性,使其发生相变,相变带来的体积变化,促进了微裂纹的萌生,同时Al2O3的生长与新物质ZrSiO4的生成进一步加剧了微裂纹的扩展,最终导致了涂层的剥落。3、研究了经过CMAS高温腐蚀不同时间后TBC内残余应力变化关系。利用纳米压痕技术,同时建立平板模型,计算得出随着腐蚀时间的增加,陶瓷层的残余应力逐渐增加,并在24h腐蚀后局部存在一定的应力释放。