镀铝改性对PS-PVD 7YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀影响机制

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。