第十四届全国表面工程大会

278 / 2022-09-27 16:25:11

热障涂层烧结退化机理及抗烧结设计

热障涂层,烧结退化,多点接触,多尺度设计,抗烧结

用于航空发动机和地面燃气轮机叶片的热障涂层（Thermal barrier coatings, 简称TBCs）主要由位于高温合金基体表面的粘结层及等离子喷涂隔热陶瓷层所构成。为了实现高隔热，陶瓷层多呈现多孔结构。然而，多孔陶瓷长时间高温服役后，不可避免会发生烧结刚化，引发涂层性能退化、甚至失效剥落。针对该问题，本研究在理解TBC烧结行为的基础上，揭示了烧结退化机理，发现了涂层烧结的主导因素，进一步开展了抗烧结涂层结构设计。研究发现，陶瓷层的烧结刚化主要由2D孔隙多点接触愈合引起，其中孔隙的厚度对多点接触具有显著的影响。进一步，通过引入大厚度孔隙，设计了多尺度涂层结构。最终，通过改进常规喷涂工艺，发展了微纳米复合层叠新涂层制备方法，在高温热暴露中自发生成尺度和取向可控的孔隙，显著抑制性能退化，实现抗烧结的目的。研究结果可为先进热障涂层的发展提供基础支撑。