稀土锆酸盐热障涂层的相稳定性和界面结合性能研究 *

作者:白明远,王 鑫,甄 真,牟仁德,何利民,许振华(中国航发北京航空材料研究院,航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室,北京 100095)

关键词:稀土锆酸盐;热障涂层;相结构;结合强度;热循环寿命

摘要:

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺制备了 La₂Zr₂O 7(LZ)、La₂Zr₂O 7-3wt.% Y₂O3(LZ3Y)、La₂ (Zr 0.7Ce 0.32O 7(LZ7C3)和 6~8wt.%Y₂O3部分稳定化的 ZrO₂(YSZ)四种陶瓷涂层,研究了稀土锆酸盐和 YSZ热障涂层的高温相稳定性、涂层结合性能和热循环行为。借助 X- 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等表征手段分析了涂层的相组成、相结构稳定性、显微组织和化学成分。试验结果 表明:经过 1300℃长时间热处理后,LZ、LZ3Y 和 LZ7C3 涂层粉末的 XRD 衍射峰均逐渐向 2兹 大角度方向偏移,涂层中共存的 La₂O3、t-ZrO₂ 和 CeO₂ 物相也产生了固溶现象,YSZ 涂层则是出现了两个单斜相衍射峰且峰强度逐渐增大;在室温空气中放置 336h 后,LZ 涂层出现了明显的片层状脱落现象;YSZ 涂层的平 均结合强度值最大,LZ 涂层则是最小。同样,三种稀土锆酸盐涂层的热循环寿命均比 YSZ 涂层短。这可能 与三种涂层中含有过量的 La₂O3有关,La₂O3易于与空气中的 H₂O 或 CO₂发生化学反应导致体积膨胀,从 而削弱了陶瓷层与金属粘结层的界面结合性能,降低了陶瓷层的耐剥落寿命。

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