镀铝改性对PS-PVD 7YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀影响机制

范佳锋^1,2，张小锋^1,2，周克崧^1,2，刘敏²，邓畅光²，邓春明²，牛少鹏²，邓子谦²

1. 广东工业大学材料与能源学院2. 广东省新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室

摘 要：采用等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）方法制备了羽毛柱状结构7YSZ（氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ）热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外,在1200℃高温下对涂层进行了CMAS （CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂等硅酸铝盐物质的简称）腐蚀实验。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对涂层显微组织、元素分布及物相组成进行了表征。通过研究喷涂态涂层与镀铝改性涂层的CMAS腐蚀行为,分析了涂层腐蚀机制,并阐述了镀铝改性对涂层耐腐蚀的作用机理。结果表明:镀铝改性后的涂层保持较好的热稳定性,经过5200次热循环后未见涂层剥落。喷涂态涂层受CMAS腐蚀后,产生了"波浪"状形变, CMAS完全渗透了7YSZ涂层;而镀铝改性涂层,由于通过Al与ZrO₂原位反应,在涂层表面形成有耐腐蚀的α-Al₂O₃致密层,涂层腐蚀情况得到了显著改善。研究发现,α-Al₂O₃致密层不仅对涂层形成机械保护,还影响CMAS在涂层上的热化学反应,使得CaO、Al₂O₃、SiO₂三种氧化物在涂层上的渗入受到抑制,但MgO在涂层中的渗透未受到明显影响。此外,本文还建立了以菲克第二定律为核心的数学模型,以评估镀铝改性技术对涂层耐CMAS腐蚀能力的影响。

关键词：等离子喷涂-物理气相沉积;7YSZ;镀铝改性;CMAS腐蚀;