EB-PVD熱障涂層CMAS侵蝕裂紋形成與擴(kuò)展機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、熱障涂層具有高隔熱性、抗腐蝕等特點(diǎn)，所以作為優(yōu)良的防護(hù)材料廣泛應(yīng)用于先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片上。然而飛機(jī)飛行過程中，空氣中的沙塵等固體小顆粒便會(huì)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(shí)渦輪葉片的高溫CMAS腐蝕失效機(jī)理，本文專門設(shè)計(jì)了梯度加熱電阻爐，用模擬真實(shí)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(kuò)展過程，重點(diǎn)研究了腐蝕溫度、時(shí)間、腐蝕粒子的單位含量對(duì)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(shí)火山灰實(shí)驗(yàn)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(dá)其熔點(diǎn)后，在15 min內(nèi)便可以通過毛細(xì)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(shí)間足夠長，CMAS在低于其熔點(diǎn)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(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)CMAS的涂覆量是影響裂紋快速擴(kuò)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(duì)同一涂覆量而言，短時(shí)間的高溫腐蝕，CMAS主要集中在YS

4、Z表層，實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)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(huì)向表層以及基底有個(gè)擴(kuò)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(jìn)了微裂紋的萌生，同時(shí)Al2O3的生長與新物質(zhì)Zr