LaZrCeO 热障涂层超高温失效机理研究

摘要

针对于下一代先进航空发动机,其涡轮进口温度将高达 1800 °C,即使采用最先 进的气膜冷却技术,涡轮叶片的表面燃气温度仍达到 1300 °C。而在 1180 °C下长时服 役过程中,常规 YSZ 热障涂层便会发生相变和严重的烧结,导致涂层过早失效。因此, 研发具有低热导率、高服役温度的新型热障涂层已经成为下一代高性能发动机研制的 关键技术之一。 本文采用电子束物理气相沉积( Electron beam physical vapor deposition,EB-PVD)技术在 Ni 基高温合金基体上制备 LaZrCeO/YSZ 双陶瓷热障涂层。研究热障涂 层成分、相结构及热循环寿命。分析了 1300 °C热循环下热障涂层失效机理。结果表明, 涂层相为复合烧绿石和萤石相结构,具有典型的柱状晶结构。 1300°C火焰热冲击测试 表明,具有复合烧绿石和萤石相结构的 LaZrCeO/YSZ 双陶瓷热障涂层热冲击寿命超过 4000 次,表现出较好的热物理性能。随着热循环的进行,金属粘结层中的 Al 元素向外 扩散,形成 TGO,Cr 元素与 La2Zr2O7 和 O 反应,形成了 LaCrO3 和 ZrO2。TGO 层或 界面层产生裂纹,降低了金属粘结层和陶瓷层之间的韧性,最终导致热障涂层失效。