[发明专利]一种多元稳定氧化锆抗腐蚀热障涂层材料

说明书

技术领域

本发明属于热障涂层材料技术领域，具体涉及一种多元稳定氧化锆抗腐蚀热障涂层材料。

背景技术

YSZ热障涂层（即采用Y₂O₃稳定的ZrO₂）具有高熔点、低热传导系数（其热传导系数为2W/m·k～3W/m·k）、高断裂韧性(其断裂韧性为6MPa·m^-1/2～9MPa·m^-1/2)和高热膨胀系数（其热膨胀系数为9×10^-6K^-1～11×10^-6K^-1，与高温合金匹配）等优异的综合性能，目前广泛应用于航空发动机和燃气轮机的涡轮叶片热障涂层。

然而，低质量的燃料中通常含有Na、V杂质，这些杂质会形成Na₂SO₄和V₂O₅并附着在叶片上，Na₂SO₄和V₂O₅熔盐会与稳定剂Y₂O₃发生反应，导致发生四方相ZrO₂（即t-ZrO₂）至单斜相ZrO₂（即m-ZrO₂）的相变，相变伴随3%～5%的体积膨胀，导致热障涂层开裂和脱粘失效。此外，空气中的砂子微粒在叶片上的沉积将形成钙镁铝硅酸盐。钙镁铝硅酸盐将溶解ZrO₂晶粒，渗入至叶片基体并与其反应；此外，被钙镁铝硅酸盐腐蚀的热障涂层具有低的应变损伤容限，化学反应和热力耦合作用将导致热障涂层失效。

文献1（公开号为CN1635178A的中国发明专利“一种抗海洋性气氛腐蚀热障涂层”）通过采用电子束物理气相沉积的方法在热障涂层表面制备一定厚度的α-Al₂O₃涂层来提高YSZ热障涂层的抗熔盐腐蚀性能。然而，热膨胀系数差导致α-Al₂O₃涂层存在裂纹，稳定剂Y₂O₃与扩渗进入的Na₂SO₄和V₂O₅盐发生反应，导致YSZ热障涂层相变失效。

文献2（C.Batista,A.Portinha,R.M.Ribeiro,et al.Evaluation of laser-glazed plasma-sprayed thermal barrier coatings under high temperature exposure to molten salts.Surface and Coatings Technology,2006,200:6783-6791.）研究采用激光重熔表面密封处理来提高热障涂层的抗熔盐腐蚀性能。然而，表面处理不能降低裂纹密度和改变材料性质，未明显提高热障涂层抗腐蚀寿命。

文献3（C.Ramachandra,K.N.Lee,S.N.Tewari,et al.Durability of TBCs with a surface environmental barrier layer under thermal cycling in air and in molten salt.Surface and Coatings Technology,2003,172:150-157.）研究采用等离子喷涂BAS（BaO·Al₂O₃·2SiO₂）和Mullite（3Al₂O₃·2SiO₂）涂层来提高热障涂层的抗熔盐腐蚀性能。