雙稀土改性SrZrO3涂層的相演變和熱膨脹性能研究.pdf

1、目前航空用燃?xì)廨啓C(jī)中廣泛使用的熱障涂層材料 YSZ長期服役溫度的極限為1200℃，超溫使用時涂層會由于 YSZ材料發(fā)生燒結(jié)并伴隨相變而過早失效。先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)研制需要服役溫度更高的新型熱障涂層材料，其中雙稀土改性 SrZrO3作為其中一種新型熱障涂層具有較好的綜合性能，它是未來熱障涂層候選材料。SrZrO3涂層制備過程中，SrO相對過量揮發(fā)，導(dǎo)致涂層中出現(xiàn)第二相，研究涂層在熱處理過程中的相轉(zhuǎn)變及雙稀土改性SrZrO3涂層的熱膨脹性能，有

2、助于更加深入地理解SrZrO3涂層中第二相對涂層熱膨脹性能的作用機(jī)制。
　　利用XRD、SEM和激光粒度儀分析表征了實驗中的熱噴涂粉末，對噴涂粉的物相組成、微觀形貌以及粒度分布進(jìn)行了研究。同時對雙稀土改性 SrZrO3材料Sr(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O2.95、Sr(Zr0.85Yb0.075Gd0.075)O2.925、Sr(Zr0.9Yb0.05Y0.05)O2.95以及SrZrO3、8YSZ經(jīng)不同條件熱處理后的

3、涂層樣品進(jìn)行了研究。通過 XRD衍射分析對涂層物相組成的變化進(jìn)行了研究，通過SEM和EDS研究了涂層截面顯微形貌和元素分布的變化，通過熱膨脹性能測試對涂層的熱膨脹性能和抗燒結(jié)性能進(jìn)行了研究。
　　研究結(jié)果表明，SrZrO3、Sr(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O2.95、Sr(Zr0.85Yb0.075Gd0.075)O2.925、Sr(Zr0.9Yb0.05Y0.05)O2.95、8YSZ噴涂粉末的粒徑分布都比較集中，其中

4、粒徑在38-114.5μm范圍內(nèi)的粉末百分比分別為88.24％、86.45%、83.41%、85.13%、62.42%。XRD衍射分析發(fā)現(xiàn)噴涂粉末的結(jié)晶度都比較高，所摻雜的稀土元素已經(jīng)完全固溶到了SrZrO3晶格當(dāng)中。噴涂粉SEM形貌表明粉末呈球殼式的中空結(jié)構(gòu)且球形度整體較好。
　　1400/1500℃不同時間熱處理后的涂層樣品XRD衍射分析表明，稀土元素的摻入抑制了SrZrO3基涂層中第二相由t-ZrO2向m-ZrO2轉(zhuǎn)變，提高

5、了涂層的相穩(wěn)定性，而8YSZ涂層后期出現(xiàn)大量m-ZrO2，涂層超溫使用時材料內(nèi)應(yīng)力容易導(dǎo)致涂層失效。
　　SEM結(jié)合EDS分析顯示，制備態(tài)樣品具有比較典型的層狀結(jié)構(gòu)，熱處理過程中孔洞逐漸減少，SrZrO3基涂層中出現(xiàn)第二相，其總量增加且彌散分布，后期出現(xiàn)互相交聯(lián)的現(xiàn)象。熱處理過程中，純 SrZrO3涂層中出現(xiàn)邊緣光滑的類球體的第二相，而雙稀土改性 SrZrO3涂層中第二相呈不規(guī)則多邊形，它能起到“釘扎”效果，有助于提高涂層層間的結(jié)

6、合強度。
　　熱膨脹性能測試結(jié)果表明，8YSZ涂層樣品在熱處理前期明顯優(yōu)于SrZrO3基樣品，但熱處理100h后，其熱膨脹曲線會出現(xiàn)比較明顯的波動，純SrZrO3涂層也存在類似的情況。與純SrZrO3樣品相比，雙稀土改性SrZrO3涂層的熱膨脹系數(shù)有了明顯提升，同時涂層樣品的熱膨脹性能更穩(wěn)定。SrZrO3、Sr(Zr0.9Yb0.05Gd0.05)O2.95、Sr(Zr0.85Yb0.075Gd0.075)O2.925、Sr(Zr