航空、航天科學(xué)技術(shù)
2019-01-27 21:30:35
中國學(xué)術(shù)期刊文摘 2019年3期
新一代超高溫?zé)嵴贤繉友芯?/h2>
鄭蕾，郭洪波，郭磊，等
摘要：熱障涂層通常由陶瓷層和金屬粘結(jié)層組成，用于降低高溫燃?xì)猸h(huán)境下發(fā)動機(jī)熱端部件表面溫度，在航空航天、能源、艦船等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。已獲應(yīng)用的熱障涂層陶瓷層材料為氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ），這種熱障涂層可在1200℃以下溫度長期工作。然而，在更高溫度下，YSZ將發(fā)生相變失穩(wěn)和加速燒結(jié)，導(dǎo)致涂層剝落失效。隨著燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)服役溫度不斷提升，迫切需要發(fā)展新型超高溫?zé)嵴贤繉?。綜述介紹了熱障涂層的研究背景、迫切性和功能，以及近年來在超高溫?zé)嵴贤繉硬牧?、結(jié)構(gòu)和制備技術(shù)等方面的進(jìn)展。在目前研究的陶瓷層材料中，螢石結(jié)構(gòu) La2Ce2O7（簡稱 LC）由于具有極低熱導(dǎo)率（1000℃熱導(dǎo)率為0.6 W/mk，僅為YSZ的1/3），且在室溫至1600℃長期相穩(wěn)定，是一種非常有前景的超高溫?zé)嵴贤繉犹沾蓪雍蜻x材料。LC/YSZ雙陶瓷層結(jié)構(gòu)熱障涂層在表面溫度1300℃的熱沖擊測試中壽命達(dá)到2000次以上。對于熱障涂層金屬粘結(jié)層來說，要求具有良好的抗高溫氧化性能，并與先進(jìn)單晶高溫合金基體保持匹配。RuNiAlDy涂層在1200℃完全抗氧化，而且與先進(jìn)單晶合金基體保持界面匹配，能夠抑制二次反應(yīng)區(qū)（SRZ）和針狀TCP形成。熱障涂層通常由大氣等離子噴涂（APS）或電子束物理氣相沉積（EB-PVD）方法制備。APS涂層通常為層狀結(jié)構(gòu)，而EB-PVD涂層為高應(yīng)變?nèi)菹薜闹鶢罱Y(jié)構(gòu)。PVD涂層沉積效率低，成本高。此外，受技術(shù)局限，APS和EB-PVD很難實現(xiàn)復(fù)雜型面尤其是多聯(lián)葉片遮擋區(qū)涂層的均勻沉積。近來，一種基于低壓等離子噴涂（LPPS）的等離子物理氣相沉積（PS-PVD）技術(shù)問世。這種技術(shù)兼具APS和PVD技術(shù)優(yōu)勢，可實現(xiàn)噴涂粉末的快速氣化，得到不同結(jié)構(gòu)特征的涂層。尤其是，PS-PVD具有非視線沉積功能，可實現(xiàn)遮擋陰影區(qū)域涂層均勻沉積。PS-PVD正在發(fā)展成為一種非常有前景的高性能熱障涂層制備技術(shù)。隨著發(fā)動機(jī)服役溫度不斷提升，熱障涂層面臨新的挑戰(zhàn)。一種主要由CaO、MgO、Al2O3和SiO2（簡稱CMAS）組成的硅化物（主要來源于灰塵、沙塵、火山灰等）被吸入發(fā)動機(jī)，黏附在熱障涂層表面。高溫下熔融態(tài)CMAS滲入熱障涂層，加速涂層剝落失效。CMAS是目前熱障涂層工業(yè)應(yīng)用中的瓶頸問題之一，CMAS損傷失效機(jī)理及相關(guān)的防護(hù)方法是關(guān)注焦點。總之，新型熱障涂層材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計以及制備技術(shù)的發(fā)展，是新型超高溫、高隔熱、長壽命熱障涂層研制的基礎(chǔ)。
來源出版物：航空材料學(xué)報, 2012, 32(6)：14-24
入選年份：2016
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