【摘 要】
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热障涂层（TBC）是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一。随着航空发动机向高推重比发展,目前最广泛使用的Y2O3部分稳定ZrO2（YSZ）TBC面临着加速烧结、隔热性能下降、高温腐蚀等一系列问题,导致涂层服役寿命严重下降。因此,研究者们开展了大量的新一代超高温TBC的研究工作,其中Gd2Zr2O7（GZO）受关注最多,并获得了初步试用。但是GZO存在着断裂韧性低、与基体热膨胀匹配性差等问题,影响涂
【出 处】
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中国稀土学会2021学术年会论文摘要集
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热障涂层（TBC）是航空发动机涡轮叶片的关键核心技术之一。随着航空发动机向高推重比发展,目前最广泛使用的Y2O3部分稳定ZrO2（YSZ）TBC面临着加速烧结、隔热性能下降、高温腐蚀等一系列问题,导致涂层服役寿命严重下降。因此,研究者们开展了大量的新一代超高温TBC的研究工作,其中Gd2Zr2O7（GZO）受关注最多,并获得了初步试用。但是GZO存在着断裂韧性低、与基体热膨胀匹配性差等问题,影响涂层服役寿命。本研究提出采用稀土氧化物掺杂改善GZO热物理性能和力学性能,研究了稀土在GZO晶格中的固溶模式,揭示了稀土含量对GZO热物理、力学性能的影响规律,建立了GZO基涂层材料的成分设计方法,优选得到最佳稀土掺杂含量。设计了顶层为掺杂GZO涂层、底层为YSZ涂层的双陶瓷层TBC结构（改性GZO/YSZ）TBC,采用等离子喷涂方法制备了该新型超高温涂层,研究了涂层的相组成、抗烧结性能、热震性能和环境沉积物（CMAS）腐蚀行为。掺杂GZO涂层呈现缺陷型萤石结构,1400℃热处理100h无相变且抗烧结性好。改性GZO/YSZ涂层的热震寿命比Gd2Zr2O7/YSZ涂层提高近1倍,热震失效机理在于底层YSZ涂层产生了横向裂纹。CMAS作用下1250℃热处理0.5h,CMAS/改性GZO涂层界面形成一层主要成分为磷灰石和钙长石的惰性结晶层,有效阻止了熔体持续内渗;随着热处理时间延长,涂层中的Gd不断进入熔融CMAS,促使析出磷灰石、钙长石结晶相,而掺杂的稀土则留在涂层内维持涂层结构完整性,使得改性GZO/YSZ涂层的抗CMAS腐蚀性能显著优于GZO/YSZ涂层。
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