稀土硅酸盐环境障涂层耐CMAS腐蚀行为与机理研究

【作者】 钟鑫； 牛亚然； 郑学斌； 丁传贤；

【机构】 中国科学院上海硅酸盐研究所；

【摘要】 环境障涂层（Environmental Barrier Coatings,EBCs）是实现陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件长时间应用的关键技术之一。稀土硅酸盐被认为是目前最具应用潜力的EBCs材料。然而,在发动机服役过程中,稀土硅酸盐EBCs面临钙镁铝硅酸盐（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂,CMAS）腐蚀。本项工作研究了CMAS成分、稀土硅酸盐材料种类和物相组成等因素对CMAS腐蚀行为的影响。首先,采用等离子喷涂技术制备了X1-Gd₂SiO₅和X2-RE₂SiO₅（RE=Er和Yb）涂层,研究了三种涂层在不同Ca/Si（Ca/Si=1.1,0.75,0.64和0.42）组成的CMAS下的腐蚀行为。进一步,制备不同物相组成（YbS0.5、Yb S1.0、YbS1.5和YbS2.0）的硅酸镱涂层,研究其在高温CMAS环境的腐蚀行为和耐蚀机制。结果表明,高Ca/Si比的CMAS对RE₂SiO₅涂层的腐蚀性更强;X2-RE₂SiO₅耐CMAS腐蚀性能较X1-RE₂SiO₅更优异。就硅酸镱涂层而言,富Yb₂O₃涂层的耐蚀性能优于富Yb₂Si₂O₇涂层,且随着Yb₂Si₂O₇含量增加,涂层耐蚀性能下降。研究结果可为稀土硅酸盐EBCs的设计和性能优化提供参考。更多还原