劉永葆，劉建華，余又紅，賀星，劉莉

1海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院，湖北武漢430033

2宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，江西宜春336000

燃?xì)廨啓C熱障涂層高溫腐蝕研究綜述

劉永葆1，劉建華1，余又紅1，賀星1，劉莉2

1海軍工程大學(xué)動力工程學(xué)院，湖北武漢430033

2宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，江西宜春336000

［目的］為了梳理燃?xì)廨啓C熱障涂層服役過程中的高溫腐蝕問題，［方法］對燃?xì)廨啓C熱障涂層腐蝕類型和提高抗腐蝕性能的方法分別進行了歸納分析，并展望了提高熱障涂層抗腐蝕性能的發(fā)展方向。［結(jié)果］經(jīng)歸納分析，燃?xì)廨啓C熱障涂層腐蝕類型主要包括：陶瓷層高溫相變、粘結(jié)層氧化、鹽霧腐蝕、CMAS腐蝕以及燃料雜質(zhì)腐蝕。提高熱障涂層抗腐蝕性能的方法主要有：發(fā)展新的抗高溫腐蝕涂層材料、進行涂層表面防腐處理、改變涂層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及提高燃?xì)廨啓C輔助清潔功能。［結(jié)論］未來開發(fā)性能優(yōu)異的新材料仍是提高熱障涂層抗腐蝕性能的主要方向，而改進涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料納米化對提升熱障涂層抗腐蝕性能有很大潛力。隨著陶瓷基復(fù)合材料的發(fā)展，對涂層的高溫腐蝕研究將逐步從熱障涂層轉(zhuǎn)向環(huán)境障涂層（EBC）。

燃?xì)廨啓C；熱障涂層；高溫腐蝕；綜述

0 引 言

熱障涂層（Thermal Barrier Coatings，TBC）是一種低熱導(dǎo)率涂層材料，最早由美國NASA于上世紀(jì)40年代提出并在航空發(fā)動機上進行了測試［1］，一般噴涂于發(fā)動機熱端合金部件表面起高溫防護作用，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于燃?xì)廨啓C渦輪部件［2］。由于TBC的隔熱作用，可提高渦輪前入口許用溫度，增加發(fā)動機效率；或在保持渦輪入口溫度不變的條件下，降低合金部件熱負(fù)荷，延長合金部件壽命。此外，TBC隔熱作用帶來的熱端部件冷卻空氣量減少，可使燃?xì)廨啓C效率進一步提高。鑒于TBC帶來的巨大效益，美國高性能燃?xì)廨啓C計劃“IHPTET”以及我國航空發(fā)動機推進計劃中均把TBC、高溫結(jié)構(gòu)材料、高效葉片冷卻技術(shù)列為高壓渦輪葉片三大關(guān)鍵技術(shù)［3］。

Y2O3穩(wěn)定化的ZrO2（Y2O3Stability ZrO2，YSZ）是目前使用最廣的TBC陶瓷面層材料。1978年Stecura［4］優(yōu)選組分比例后，7～8YSZ（質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%～8%的Y2O3Stability ZrO2）一直占據(jù)TBC陶瓷面層材料的主導(dǎo)地位。因此，本文主要就基于YSZ的TBC的腐蝕問題展開討論。其常用的制備方法主要有 2種：APS（Air Plasma Spray）和 EB-PVD（Electron Beam Physical Vapor Deposition）。常用粘結(jié)層（Bond coat）材料一般為MCrAlY合金（M為Ni，Co或Ni+Co）或Pt改性的Al化合物［5］，典型的TBC結(jié)構(gòu)如圖1所示。

雖然TBC在常溫下性能穩(wěn)定，但在燃?xì)廨啓C服役過程中仍存在多種高溫腐蝕問題，嚴(yán)重影響涂層的壽命。根據(jù)外界誘因不同，導(dǎo)致熱障涂層腐蝕的主要因素有：陶瓷層高溫相變作用、粘結(jié)層氧化腐蝕、鹽霧腐蝕、鈣鎂鋁硅氧化物（Calcium-Magnesium-alumina-Silicate，CMAS）腐蝕［6］以及燃料雜質(zhì)腐蝕。探索TBC服役條件下腐蝕機理，研究提高TBC抗腐蝕性能的方法和途徑，對提高渦輪部件使用壽命及更好發(fā)揮熱障涂層效用意義重大。

1 TBCs的腐蝕類型

1.1 陶瓷層高溫相變

熱障涂層制備過程中，含質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%（摩爾分?jǐn)?shù)4.5%）Y2O3的ZrO2被加熱到立方相或熔化區(qū)后，迅速淬冷可生成ZrO2的非相變四方相（T′相），該相的存在是7～8YSZ具有優(yōu)越力學(xué)性能的主要原因［7-8］。但在燃?xì)廨啓C高工況運行時，由于燃燒室出口溫度場畸變、熱斑或冷卻系統(tǒng)故障等原因，造成渦輪局部超溫，當(dāng)TBC使用溫度超過1 473 K以后，T′相將不再保持穩(wěn)定，會相變生成不穩(wěn)定的四方相（T相）。在TBC從工作溫度冷卻到環(huán)境溫度的過程中，在殘余應(yīng)力作用下T相又易相變?yōu)閱涡毕啵∕相），并產(chǎn)生3%～5%的（的）體積膨脹，誘發(fā)涂層開裂。

1.2 粘結(jié)層氧化腐蝕

粘結(jié)層氧化是指粘結(jié)層中的鋁離子與氧離子結(jié)合生成Al2O3氧化層。由于YSZ在高溫環(huán)境下本身就是氧離子良導(dǎo)體，常作為燃料電池的電極；另外，由于涂層含微裂紋和多孔隙結(jié)構(gòu)特點，使得高溫燃?xì)庵械难跻淄ㄟ^涂層缺陷到達(dá)粘結(jié)層?；谶@2個原因，粘結(jié)層在高溫條件下氧化速率較大。在粘結(jié)層氧化作用下Al2O3逐漸增厚，一般在1～13 μm之間，氧化層的增厚加劇涂層系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)力不匹配，這是TBC失效的重要原因［2，9］。

1.3 鹽霧腐蝕

在海洋環(huán)境下工作的燃?xì)廨啓C，TBC還易受到鹽霧腐蝕作用。由于制備后熱障涂層內(nèi)多微裂紋和孔隙結(jié)構(gòu)，含鹽空氣中的NaCl易通過涂層中的微裂紋和孔隙侵入涂層內(nèi)部。研究表明，雖然含鹽空氣中的NaCl對YSZ層的腐蝕作用不明顯，但在高溫條件下可以導(dǎo)致MCrAlY粘結(jié)層氧化加速，造成疏松狀氧化層（γ-Al2O3）增厚［10-11］，這種形式的氧化層易開裂且不具有致密氧化層（α-Al2O3）阻隔外界腐蝕侵入的功能。另外，即使在常溫條件下，鹽霧侵蝕也會造成陶瓷層內(nèi)氧化鋯晶體出現(xiàn)擠壓變形現(xiàn)象，導(dǎo)致涂層內(nèi)的裂紋擴展［11］。此外，葉片通流表面積鹽、積垢后還會改變?nèi)~型，降低葉片氣動效率，使燃?xì)廨啓C功率下降和油耗增加。因此，作為海洋環(huán)境下使用的船用燃?xì)廨啓C，鹽霧腐蝕問題必須重視。

1.4 CMAS腐蝕

在燃?xì)廨啓C服役過程中，入口空氣中的灰塵、砂石等微粒雜質(zhì)易造成TBC類似火山灰環(huán)境下的鈣鎂鋁硅氧化物（Calcium-Magnesium-alumina-Silicate，CMAS）腐蝕。研究表明［12］，CMAS混合物對TBC的破壞作用跟熔點有關(guān)，當(dāng)溫度低于熔點時，CMAS對TBC造成固體沖蝕破壞；當(dāng)溫度高于熔點時，CMAS以熔鹽形式沿空隙或微裂紋滲入涂層內(nèi)部，對涂層產(chǎn)生物理破壞和化學(xué)腐蝕作用。EB-PVD方法制備的TBC具有柱狀晶微觀結(jié)構(gòu)特點，對CMAS環(huán)境尤其敏感，由于毛細(xì)管作用熔鹽從柱狀晶間隙滲入YSZ內(nèi)部，導(dǎo)致涂層微觀結(jié)構(gòu)改變，造成孔隙率降低。而且由于熱腐蝕作用還造成局部貧Y，導(dǎo)致ZrO2晶體在停機冷卻階段不穩(wěn)定，由T相向M相轉(zhuǎn)變，相變過程中的大應(yīng)變最終造成涂層的開裂。因此，CMAS既降低了YSZ層應(yīng)變?nèi)菹抟步档土薢rO2相穩(wěn)定性［13-16］。Vidal-Setif等［17］研究了實際發(fā)動機葉片CMAS腐蝕現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在葉背和尾緣處幾乎沒有CMAS滲入，而在葉盆和前緣處，發(fā)現(xiàn)有不同程度滲入和相關(guān)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致ZrO2晶體相穩(wěn)定性的降低，并生成腐蝕產(chǎn)物Ca2Zr5Ti2O16和Ca2Zr2Ti4O14。張小峰等［18］的研究也證實，CMAS高溫熔融后在毛細(xì)管作用下沿著柱狀晶間隙往深度方向滲透，與涂層發(fā)生熱腐蝕反應(yīng)，熱腐蝕與熱應(yīng)力的綜合作用導(dǎo)致涂層界面開裂。

1.5 燃料雜質(zhì)腐蝕

燃料中腐蝕性雜質(zhì)（如Na，S，V，Pb，P）和從外界吸入的沙塵中的Si［14］，在燃燒過程中，生成強酸和強堿性的氧化物，這些氧化物具有特定的酸堿特性，復(fù)合物Na3VO4（3Na2O·V2O5），NaVO3（Na2O· V2O5），V2O5與ZrO2，Y2O3，CeO2等氧化物的高溫腐蝕難易程度存在差異［19］。根據(jù)Lewis酸堿理論，只有當(dāng)酸堿強度相當(dāng)時不發(fā)生反應(yīng)，否則會發(fā)生酸堿反應(yīng)，如NaVO3相對于Y2O3可以起酸的作用，相對于GeO2或Ta2O5起堿的作用。通常有以下幾種腐蝕反應(yīng)［20-25］：

此外，McKee等［26］通過在燃燒測試裝置中使用摻有NaCl和S的燃料研究TBC腐蝕作用。在經(jīng)歷871℃燃燒測試后，在ZrO2涂層孔洞中可以找到NaSO4成分，在基底層與粘結(jié)層界面處發(fā)現(xiàn)了硫化物的存在，表明硫酸鹽既穿過了面層也穿過了粘結(jié)層。另一方面，在熔融的PbSO4-NaSO4坩堝測試中，沒有發(fā)現(xiàn)ZrO2有明顯的相穩(wěn)定性的降低，也未發(fā)現(xiàn)與YSZ之間的腐蝕反應(yīng)，但在粘結(jié)層中發(fā)現(xiàn)了腐蝕產(chǎn)物PbCrO4。

總之，燃料中各雜質(zhì)對YSZ、粘結(jié)層甚至是基體合金分別具有不同的腐蝕作用，特別是雜質(zhì)對Y2O3的腐蝕造成YSZ中穩(wěn)定劑降低，導(dǎo)致ZrO2相的不穩(wěn)定性。在應(yīng)用低品質(zhì)燃油以及混合燃料時雜質(zhì)腐蝕問題尤其值得關(guān)注。

2 改進TBC抗高溫腐蝕性能的方法

提高TBC材料抗高溫腐蝕性能，主要從4個方面入手：發(fā)展新的抗高溫腐蝕涂層材料、進行涂層表面防腐處理、改進涂層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及增強燃?xì)廨啓C輔助清潔功能。

2.1 新TBC材料

關(guān)于新TBC材料的研究主要集中在稀土基材料方面。其中，La2Zr2O7涂層獲得較多研究人員的關(guān)注，Vassen等［27］報道其有更低的彈性模量及更高的熱膨脹系數(shù)。Yugeswaran等［28］研究了其在V2O5，Na2SO4和Na2SO4+V2O5環(huán)境下的腐蝕反應(yīng)，證實該涂層具有優(yōu)良的抗V2O5腐蝕的性能；在Na2SO4腐蝕環(huán)境下，當(dāng)溫度在1 200 K以下可以保持化學(xué)穩(wěn)定性，但是在溫度達(dá)到1 350 K時與Na2SO4反應(yīng)生成La2O2SO4；而在Na2SO4+V2O5腐蝕環(huán)境下其抗腐蝕性能中等。Yugeswaran等［29］還提出了一種重量比50%8YSZ+50%La2Zr2O7的涂層，具有比單獨采用8YSZ或La2Zr2O7更優(yōu)良的性能。Xie等［30］研究了LaTi2Al9O19/YSZ雙層陶瓷涂層，認(rèn)為其具有比單YSZ陶瓷層更高的工作溫度和更優(yōu)良的抗Na2SO4和NaCl熔鹽腐蝕的性能。Habibi等［31-32］研究了YSZ中摻入Ta2O5（即YSZ-Ta2O5）后的抗高溫腐蝕性能，認(rèn)為在YSZ-Ta2O5中存在T相和正交相的鋯鉭氧化物，其中正交相在熱、化學(xué)穩(wěn)定性上均優(yōu)于T相，因而YSZ-Ta2O5具有比YSZ更好的抗Na2SO4+V2O5環(huán)境腐蝕性能。Chen等［33］對LaMgAl11O19（LaMA）作為組分加入YSZ基中，及作為表面阻隔層覆蓋于YSZ表面2種情況下的研究結(jié)果表明，LaMA加入YSZ中作為第2相可以有效阻止熔鹽滲入陶瓷層和粘結(jié)層。而LaMA作為表面阻隔層使用時，也能增進抗熔鹽侵入的性能。

關(guān)于ZrO2穩(wěn)定劑的替代研究也是提高TBC抗腐蝕性能的一個途徑。由于ZrO2陶瓷材料常用的穩(wěn)定劑CaO，MgO，Y2O3均能與外界腐蝕物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽和釩酸鹽。因此為了提高穩(wěn)定劑的抗腐蝕性能，嘗試采用CeO2，Sc2O3，In2O3，Yb2O3，Er2O3，Nd2O3和Sm2O3等替代Y2O3來改進抗腐蝕性能。美國海軍研究實驗室（Naval Research Labora?tory，NRL）研究表明，Sc2O3和In2O3可以作為ZrO2涂層的抗腐蝕穩(wěn)定劑。這2種氧化物的酸性均比Y2O3要強，更難與V2O5反應(yīng)。化學(xué)研究也證實，純凈氧化物Sc2O3［34］，Yb2O3［35］和In2O3［36］比Y2O3更具有抗V2O5或SO3-Na2SO4腐蝕的作用。CSZ（CeO2stabilized ZrO2）有比YSZ更低的熱導(dǎo)率和更大的熱膨脹系數(shù)，比Y2O3更抗SO3-Na2SO4和NaVO3熔鹽的腐蝕［37］。Khor等［38］研究表明摩爾分?jǐn)?shù)4%的Er2O3可使ZrO2穩(wěn)定在C相，從而抑制了T相到M相的相變破壞。

此外，納米材料的興起在TBCs領(lǐng)域也引發(fā)了研究熱潮。與微米級YSZ相比，納米級的YSZ在熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)上具有特殊的性質(zhì)，納米材料的晶粒尺寸能夠影響相變，一般情況下只有在高溫下穩(wěn)定存在的ZrO2的T相結(jié)構(gòu)，在納米ZrO2中室溫下就可以穩(wěn)定存在［39-40］。納米陶瓷材料可以提高與粘結(jié)層的粘結(jié)強度［41-42］，進一步減少熱導(dǎo)率［43-45］，提高熱循環(huán)條件下的壽命。Jamali等［46］研究發(fā)現(xiàn)，納米YSZ由于其表面粗糙度更大，且涂層中存在高孔隙率納米區(qū)，在Na2SO4+V2O5腐蝕環(huán)境下的腐蝕反應(yīng)比傳統(tǒng)YSZ中程度更深。但是由于納米YSZ高孔隙率提供了更大的應(yīng)變?nèi)菹?，能夠更好地抵抗高溫腐蝕環(huán)境下T相到M相相變時體積變化帶來的應(yīng)變失效。

2.2 TBC表面處理

TBC表面處理是指通過對TBC表面采用防腐蝕處理措施來達(dá)到阻止氣態(tài)或熔融腐蝕物滲入涂層內(nèi)部的目的。對TBC表面密封的方式主要有2種：一是采用物理手段使涂層表面致密化，減少涂層表面微裂紋和孔隙，阻止腐蝕物侵入，如激光重熔、離子輻照等；二是在涂層表面涂敷封堵層來阻止腐蝕物的滲入。

Tsai等［47-48］采用激光重熔使得YSZ涂層材料的抗腐蝕壽命顯著增長。但Batista等［49］研究表明，由于微裂紋的存在，激光重熔的YSZ并不能有效防止厚度方向上的熔鹽滲入腐蝕。Yan等［50］研究了用70%H++30%C+的脈沖離子束輻照來實現(xiàn)涂層表面密封的方法。Chen等［51］和Afrasiabi等［52］在8YSZ涂層表面制備致密Al2O3，發(fā)現(xiàn)可以有效提高涂層抗高溫腐蝕的性能，延長涂層使用壽命。Zhong和Wang等［53］比較了Al2O3和LaPO4這2種材料的密封層對8YSZ涂層的保護作用，結(jié)果表明Al2O3比LaPO4具有更優(yōu)良的保護TBC的性能。Nejati等［54］進一步研究了CSZ，CSZ/microAl2O3和CSZ/nanoAl2O3涂層的抗腐蝕性能，認(rèn)為Al2O3作為表面密封層可以有效減少CSZ受高溫腐蝕影響，而具有納米結(jié)構(gòu)的Al2O3密封層效果最好。也有學(xué)者采用鋁酸鹽等無機密封材料來封閉涂層的孔隙和微裂紋［55-56］。雖然涂層表面密封的研究眾多，但是實際應(yīng)用并不廣泛，長期高溫條件下仍然存在密封層開裂和腐蝕物局部滲入等問題。

2.3 改變TBC涂層結(jié)構(gòu)

為提高抗腐蝕性能，進行涂層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上的設(shè)計也是提高TBC抗腐蝕性能的重要途徑。目前，經(jīng)典的YBC涂層結(jié)構(gòu)為雙涂層結(jié)構(gòu)（即粘結(jié)層與面層）［57］。為提高TBC材料的抗腐蝕性能，在TBC表面處理時制備表面密封防腐蝕層，也是一種改變涂層結(jié)構(gòu)的方法。另外，考慮到粘結(jié)層與合金基體中元素濃度梯度導(dǎo)致的涂層與基體間互擴散的問題，以及粘結(jié)層與氧離子的氧化作用，提出阻擋層（Diffusion Barrier Coating，DBC）概念。

阻擋粘結(jié)層與基體互擴散的阻擋層稱為擴散阻擋層，即在基體合金與粘結(jié)層之間制備擴散系數(shù)低，且與基體和粘結(jié)層能良好匹配的薄層［58-59］。擴散阻擋層材料有以下幾類［60-61］：單一貴金屬或難熔金屬、雙（多）金屬合金、陶瓷層。在這幾種擴散阻擋層材料中，單一難熔金屬或貴金屬對元素的擴散阻滯能力有選擇性，制備成本相對較高，且在多元素同時互為擴散情況下效果不佳；雙（多）金屬合金在界面易生成脆性相，影響涂層和基體的力學(xué)性能；陶瓷層綜合性能最佳，使用最廣，且以氮化物居多［61-62］。

阻擋粘結(jié)層與氧離子結(jié)合的阻擋層稱為氧化阻擋層。由于性能穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)致密，目前研究最多的是α-Al2O3［60，63］，研究表明制備氧化阻擋層后粘結(jié)層的氧化程度降低，陶瓷層粘結(jié)強度得到有效保持，TBC性能和壽命得到提升，且采用納米阻擋層后效果更明顯。

此外，在綜合考慮防腐、抗粘結(jié)層氧化、阻擋擴散等因素的基礎(chǔ)上還提出了復(fù)合涂層概念，即在涂層表面制備抗腐蝕層，在粘結(jié)層上制備氧化阻擋層，在粘結(jié)層下制備擴散阻擋層［64-65］。其中Takahashi等［65］提出的一種復(fù)合涂層概念如圖2所示，綜合考慮了抗腐蝕性能和力學(xué)性能，在實驗條件下具有更優(yōu)異的抗腐蝕性能。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和界面不穩(wěn)定性增多，導(dǎo)致不匹配性風(fēng)險和制備難度增大，目前未實際應(yīng)用。若能解決工藝和匹配問題，不失為一種重要的抗腐蝕途徑。

2.4 增強燃?xì)廨啓C輔助清潔功能

除了針對TBC材料本身的提高抗腐蝕性能的方法之外，燃?xì)廨啓C在實際應(yīng)用中還有一套進氣過濾系統(tǒng)來保證進氣空氣的潔凈，該過濾系統(tǒng)將外界空氣中大部分液態(tài)水微粒、固體顆粒雜質(zhì)擋在了燃?xì)廨啓C之外。另外，在日常維護中，清洗劑作為一種廉價有效的清潔除垢方法，在一定時間間隔內(nèi)對燃?xì)廨啓C通流部分的清洗，可以有效防止鹽分和雜質(zhì)在部件表面的沉積。

因此，不論是進氣過濾系統(tǒng)還是清洗劑，都使得TBC工作于更加潔凈安全的環(huán)境中，大幅提高了其抵抗環(huán)境腐蝕的能力。前者可大幅降低TBC接觸腐蝕物質(zhì)的幾率，后者可有效降低腐蝕物沉積總量，二者通過控制腐蝕來源，對提高TBC抗腐蝕性能簡單而有效。

2.5 從TBC發(fā)展到EBC

隨著燃?xì)廨啓C性能的不斷提升，對葉片材料提出了越來越高的要求，如圖3所示。受合金熔點限制，當(dāng)前先進的單晶高溫合金可承受的最高溫度也低于1 100℃，因此高溫合金未來勢必難以滿足渦輪熱端部件的工作要求［66-67］。由于陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composite（CMC），主要為Si3N4和SiC兩種材料）熱膨脹系數(shù)低，高溫強度和抗蠕變性能優(yōu)良，可承受1 300℃高溫，被視為高溫合金材料的理想替代者。CMC通常會在表面生成一層SiO2氧化膜，阻止材料的進一步氧化。但是空氣中自帶的水蒸氣和燃料燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣在高溫環(huán)境中，與SiO2生成Si（OH）4，造成CMC材料的持續(xù)退化［68］。此外，制備CMC材料所添加的Y2O3，A12O3，LU2O3及其他稀有金屬氧化物，在高溫氧化環(huán)境下會從晶界處遷移到材料表面，嚴(yán)重影響材料的力學(xué)性能和抗氧化能力，因此CMC材料同樣需要涂層保護。這種將噴涂于CMC材料表面以抵抗外界環(huán)境各種不利影響的涂層叫做環(huán)境障涂層（Environmental Barrier Coatings，EBC）。常用的EBCs涂層材料有莫來石［68］、硅酸釔和硅酸鐿［66］等。但是在沙塵環(huán)境下，這些常用的EBC材料存在CMAS的侵蝕破壞現(xiàn)象，造成EBC熔點降低、阻止外界腐蝕物擴散和滲透的性能退化、力學(xué)性能下降、晶界開裂等劣化現(xiàn)象。

NASA針對此研發(fā)了先進EBC材料，采用HfO2、稀有金屬氧化物、SiO2三者的復(fù)合材料制備先進EBC，再配合Yb-Si復(fù)合的粘結(jié)層，顯示出良好的抗CMAS和水蒸氣腐蝕的性能［66］?？梢灶A(yù)見，隨著CMC材料的逐步推廣應(yīng)用，研究的重點將從TBC逐步轉(zhuǎn)向EBC。

3 結(jié) 語

陶瓷層高溫相變作用、粘結(jié)層氧化腐蝕、鹽霧腐蝕、CMAS腐蝕，以及燃料雜質(zhì)腐蝕等是TBC系統(tǒng)主要的腐蝕方式。為提高TBC的抗腐蝕性能，主要從發(fā)展新的抗高溫腐蝕涂層材料、涂層表面處理、改進涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計及改善燃?xì)廨啓C輔助清潔功能四方面開展研究工作。其中開發(fā)性能更好的涂層材料依然是主流發(fā)展方向，改進涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計，納米化顆粒涂層在未來充滿潛力。隨著CMC材料的逐步應(yīng)用，對燃?xì)廨啓C熱端部件的涂層防護研究將逐步從TBC轉(zhuǎn)向EBC。另外，改進燃?xì)廨啓C進氣過濾系統(tǒng)和提高清洗劑清潔效果可有效控制腐蝕物來源，從另一側(cè)面提高TBC的抗腐蝕能力。

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Review of hot corrosion of thermal barrier coatings of gas turbine

LIU Yongbao1，LIU Jianhua1，YU Youhong1，HE Xing1，LIU Li2
1 College of Power Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China
2 College of Physics Science and Engineering Technology，Yichun University，Yichun 336000，China

The review was done in order to make clear the problem of the hot corrosion of the Thermal Barrier Coatings（TBCs）during gas turbine serving.This paper summarizes the factors resulting from the hot corrosion of TBCs during turbine service and classifies methods for enhancing the corrosive resistance of TBCs.A prospective methodology for improving corrosion resistance is also formulated.The main types of corrosion coating include phase reaction,oxidizing of the bond coating,salt-fog corrosion,CMAS corrosion and fuel impurity corrosion.So far,methods for improving the corrosion resistance of TBCs include developing new coating materials,anticorrosive treatment on the surface of TBCs,modifying the stacking configuration and improving the cleansing functions of the gas turbines.In the future,developing new materials with excellent performance will still be the main direction for boosting the improvement of the hotcorrosion resistance ofTBCs.Simultaneously,improving the tacking configuration and nanotechnology of TBC coatings are potential approaches for improving corrosion resistance.With the development of a Ceramic Matrix Composite(CMC),the focus of the hot corrosion of TBCs may turn to that of Environmental Barrier Coatings(EBCs).

gas turbine；thermal barrier coatings；hot corrosion；review

U668.3；TK47

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.014

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170313.1559.012.html

劉永葆，劉建華，余又紅，等.燃?xì)廨啓C熱障涂層高溫腐蝕研究綜述［J］.中國艦船研究，2017，12（2）：107-115.

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2016-07-25 < class="emphasis_bold"> 網(wǎng)絡(luò)出版時間：

時間：2017-3-13 15:59

劉永葆，男，1967年生，博士，教授。研究方向：燃?xì)廨啓C監(jiān)測、控制與故障診斷。

E-mail：yongbaoliu@aliyun.com

劉建華（通信作者），男，1983年生，博士生。研究方向：燃?xì)廨啓C監(jiān)測、控制與故障診斷。

E-mail：ljh363418@sina.cn

期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com