EB-PVD熱障涂層CMAS侵蝕裂紋形成與擴展機制的實驗研究.pdf

1、熱障涂層具有高隔熱性、抗腐蝕等特點，所以作為優(yōu)良的防護材料廣泛應(yīng)用于先進航空發(fā)動機的渦輪葉片上。然而飛機飛行過程中，空氣中的沙塵等固體小顆粒便會隨著熱氣流被卷入到渦輪葉片中，造成典型的CMAS入侵，最終引發(fā)涂層的失效。為了更為透徹的理解真實渦輪葉片的高溫CMAS腐蝕失效機理，本文專門設(shè)計了梯度加熱電阻爐，用模擬真實火山灰成分配制的CMAS，腐蝕以金屬為基底的EB-PVD熱障涂層，系統(tǒng)地探討CMAS的入滲路徑與規(guī)律。通過SEM、XRD、E

2、DS、納米壓痕等微觀表征手段，詳盡的闡述了 CMAS腐蝕造成的Ni基EB-PVD熱障涂層的裂紋萌生與擴展過程，重點研究了腐蝕溫度、時間、腐蝕粒子的單位含量對EB-PVD熱障涂層腐蝕的影響。主要研究結(jié)果包括：
　　1、模擬真實火山灰實驗室配制 CMAS粉末并分析了 CMAS能夠入滲的基本條件。多次手工研磨后CMAS粉末粒度在18μm左右分布最為密集，融化初始溫度約為1170℃。CMAS到達其熔點后，在15 min內(nèi)便可以通過毛細管作

3、用沿著柱狀晶間隙快速滲透到陶瓷層底部。另外只要接觸時間足夠長，CMAS在低于其熔點的溫度下，也有少量可以入滲到陶瓷層中。
　　2、逐步探討了1250℃下CMAS造成EB-PVD熱障涂層產(chǎn)生裂紋的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)裂紋主要在CMAS大量富集的地方萌生。所以實驗中，我們發(fā)現(xiàn)CMAS的涂覆量是影響裂紋快速擴展的主要因素之一。涂覆量越大，界面沉積的 CMAS越多，底部YSZ腐蝕就越嚴(yán)重。針對同一涂覆量而言，短時間的高溫腐蝕，CMAS主要集中在YS

4、Z表層，實驗中可以觀察到1 h，2 h以及4 h腐蝕后的YSZ表層的柱狀晶都發(fā)生了斷裂，這里出現(xiàn)的僅僅是單個柱狀晶上的微裂紋，裂紋并沒有在相鄰柱狀晶之間有延伸。長時間腐蝕后，在界面出現(xiàn)粗大的裂紋，腐蝕24 h的樣品的YSZ層從界面完全剝離。高溫腐蝕過程中，由于YSZ中部分的Y元素會向表層以及基底有個擴散，出現(xiàn)了Y貧化區(qū)域，破壞了結(jié)構(gòu)中ZrO2的穩(wěn)定性，使其發(fā)生相變，相變帶來的體積變化，促進了微裂紋的萌生，同時Al2O3的生長與新物質(zhì)Zr