稀土改性SrZrO3陶瓷塊材及涂層的熱腐蝕性能研究.pdf

1、目前廣泛使用的氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)熱障涂層材料的長期最高使用溫度不能超過1200℃,在冷卻過程中由于相變產(chǎn)生單斜相而發(fā)生體積膨脹,從而導(dǎo)致涂層失效。然而,下一代高性能航空發(fā)動機(jī)熱障涂層材料的長期使用溫度必須超過1200℃,因此,研究新型熱障涂層材料已成為研制下一代高性能航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵課題。稀土氧化物改性 SrZrO3作為一種新型熱障涂層候選材料具有高熔點(diǎn)、高熱膨脹系數(shù)、低熱導(dǎo)率及優(yōu)良的抗燒結(jié)性能。考慮到熱障涂層材料的使用環(huán)境

2、常遇到鈉鹽與釩鹽的腐蝕,因此有必要對該材料的熔鹽熱腐蝕性能進(jìn)行深入研究。
　　本文主要對 Sr(Y0.05Yb0.05Zr0.9)O2.95(SYYZ)陶瓷800~1000℃下分別在Na2SO4、V2O5及Na2SO4+V2O5熔鹽腐蝕10h條件下,以及等離子噴涂SYYZ和Sr(Y0.05Gd0.05Zr0.9)O2.95(SYGZ)涂層900℃下在Na2SO4+V2O5熔鹽腐蝕10h條件下的熱腐蝕行為進(jìn)行了研究。作為對比,同時對

3、8YSZ陶瓷及涂層在相同熱腐蝕條件下進(jìn)行了研究。通過XRD對上述陶瓷塊材和涂層熱腐蝕后的相組成進(jìn)行了研究,使用SEM和EDS分別對上述陶瓷塊材和涂層熱腐蝕后的顯微形貌和成分進(jìn)行了研究。
　　研究結(jié)果表明,Na2SO4、V2O5及Na2SO4+V2O5熔鹽對SYYZ陶瓷進(jìn)行的熱腐蝕過程中,Na2SO4單獨(dú)不會與SYYZ陶瓷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在V2O5單獨(dú)對SYYZ陶瓷的腐蝕實(shí)驗(yàn)中,在1000℃下 V2O5與 SrZrO3反應(yīng)生成的腐蝕產(chǎn)

4、物為Sr3(VO4)2。Na2SO4+V2O5混合熔鹽對 SYYZ陶瓷的腐蝕行為表明,NaVO3/V2O5能夠與SrZrO3及摻雜在SYYZ陶瓷中的Yb2O3發(fā)生反應(yīng)生成Sr3V2O8和YbVO4,這是混合熔鹽對SYYZ陶瓷腐蝕的主要機(jī)理。從陶瓷的腐蝕情況看,SYYZ陶瓷要比8YSZ陶瓷更耐熔鹽的腐蝕。
　　在900℃10下Na2SO4+V2O5混合熔鹽對SYYZ及SYGZ涂層的腐蝕產(chǎn)物中都有SrSO4生成,且生成SrSO4是使S

5、YYZ涂層失效的主要腐蝕機(jī)理。在SYGZ涂層的腐蝕過程中,NaVO3/V2O5與SrZrO3反應(yīng)生成Sr3V2O8是使SYGZ涂層失效的主要腐蝕機(jī)理。通過對比Na2SO4+V2O5混合熔鹽對SYYZ、SYGZ及8YSZ涂層的腐蝕程度來看,三種涂層的腐蝕層厚度分別為60μm、50μm和80μm。SYGZ和 SYYZ涂層在900℃下耐 Na2SO4+V2O5混合熔鹽的腐蝕能力要優(yōu)于8YSZ涂層,且SYGZ涂層在相同的腐蝕條件下耐熔鹽腐蝕性能