多元稀土掺杂 YSZ 热障涂层的热物理和热循环性能研究*

作者:黄光宏,甄真,王鑫,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:电子束物理气相沉积;热障涂层;热物理;热循环;剥落失效

摘要:

4.5wt.%Gd2O3-5.5wt.%Yb2O3-10.5wt.%Y2O3-79.5wt.%ZrO2(GdYbYSZ)稀土复合氧化物陶瓷是一类适用于更高温度下潜在应用的新型热障涂层(TBCs)材料。采用高温固相合成法制备了 GdYbYSZ 陶瓷粉体和陶瓷块材,在1100℃和1300℃煅烧不同时间后 GdYbYSZ 陶瓷粉末无相变,具有非常优异的高温相稳定性。在1200℃时,GdYbYSZ 陶瓷块材的平均热扩散系数和平均热导率分别比同等温度下 YSZ 陶瓷块材降低了2.1%和5.1%。采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺在单晶合金 (Ni,Pt)Al 粘结层表面制备了 GdYbYSZ 新型热障涂层。沉积态 GdYbYSZ 陶瓷涂层的主相结构为立方相,有少量游离态 Y2O3 和 ZrO2 共存,其Y和Zr元素的相对含量均比靶材中的高,而Gd和Yb元素含量相当。经1100℃长期冷热交替循环后,GdYbYSZ 陶瓷层表面出现大量规则分布的“泥巴状”微观裂纹,陶瓷层内滋长的横向裂纹已经扩展到陶瓷层与 TGO 层的界面处,并引起该界面退化分离。陶瓷涂层的剥落位置主要出现在 TGO 层上下两个临域的界面处。TGO 层严重的褶皱、波动起伏、扭曲交联、凸面尖端应力积聚和快速松弛是引起GdYbYSZ/(Ni,Pt)Al 热障涂层体系层间界面分离和剥落失效的关键性因素。

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