提出了保护热障涂层免受环境沉积物腐蚀的新策略

中国天津大学的郭磊等人发现航空发动机涡轮叶片表面的环境沉积物中含有大量的Fe元素，在某些区域甚至超过了Mg、Al和Ca的含量。因此，他们根据在各个区域观察到的平均沉积物成分，提出了一个包含四个组分的CMAS-Fe成分体系。

目前研究主要集中于SiO 2、CaO、MgO、Al 2 O 3在CMAS玻璃骨架形成过程中的作用，而Fe 2 O 3的作用则常常被忽略，此外，Gd 2 Zr 2 O 7涂层在含Fe环境沉积物侵蚀下的腐蚀行为尚不明确。

在《先进陶瓷杂志》上的一项研究中，他们研究了 Fe 对 CMAS-Fe 硅酸盐玻璃骨架的影响，并探索了富 Fe 环境沉积物下Gd 2 Zr 2 O 7涂层的微观结构演变和腐蚀降解行为。

Fe的存在可以通过改变CMAS硅酸盐玻璃骨架的结构来影响熔体的熔点和粘度。

“CMAS-Fe仍然保持[SiO 4 ]四面体作为其基本的玻璃骨架结构。Fe在CMAS-Fe玻璃中充当网络中间体，可以形成四面体[FeO 4 ]参与玻璃骨架的形成，从而提高CMAS-Fe的熔点。”该论文的资深作者、天津大学材料科学与工程学院副教授郭磊说。

“然而在高温下，[FeO 4 ]四面体会转变为[FeO 6 ]八面体结构，从而破坏玻璃的聚合。因此，Fe含量越高，CMAS-Fe的高温粘度就越低。”郭博士是热障涂层领域的资深专家。

Gd 2 Zr 2 O 7涂层具有极低的热导率、合适的热膨胀系数和热稳定的高温相结构，作为新型TBC材料具有极好的应用前景，可承受超过1400℃的高温。

当涂层受到 CMAS-Fe 的各种成分的影响时，研究产生了有趣的发现。

“结晶产物的析出影响Gd 2 Zr 2 O 7涂层对CMAS-Fe的耐腐蚀性能，这种耐腐蚀性能随Fe含量和腐蚀时间的变化而变化。在初始腐蚀过程中，较高的Ca：Si比有利于钙长石的析出，从而增加熔体粘度，”郭磊说。

“而高 Fe 含量会促进 Fe-石榴石沉淀。长时间的腐蚀会导致由 Gd-氧磷灰石、ZrO 2和残留 CMAS-Fe 组成的互穿网络。Fe 含量较高的 CMAS-Fe 的侵蚀会导致结晶产物的更严重降解。”

在CMAS-Fe循环腐蚀条件下，Gd 2 Zr 2 O 7涂层的性能不理想。

“互穿网络中残留的CMAS-Fe为CMAS-Fe的再沉积提供了渗透途径。结晶产物的沉淀通过影响熔体成分，显著影响熔体粘度和渗透速率。”郭雷说。

Gd 2 Zr 2 O 7涂层通过自身消耗来缓解熔体的有害影响，导致反应层不断增长，涂层性能不断下降。

在开发新型TBC材料抗环境沉积物腐蚀的策略中，必须综合考虑多种组分的影响，因此仍需开展更细致的研究，探索特定环境沉积物组分对TBC耐腐蚀性能的机理影响，有利于制定针对特定局部条件的TBC改性策略。

基于此前提，郭教授还提出了涂层改性方面一些有前景的发展方向，包括添加稀土元素进行成分改性、顶层激光上釉处理、设计复合涂层结构等。

其他贡献者包括来自中国天津天津大学材料科学与工程学院的李彦彦;以及来自中国北京中国特种设备检测研究院国家市场监管特种设备安全与节能重点实验室的闫凯。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！