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RESEARCH ARTICLE
聚碳硅烷基复合涂层PCS裂解行为及其抗激光烧蚀性能
蔡佳
1,2
赵芳霞
1,*
范栋
1,2
黄利平
2
[ ... ]
张振忠
1
作者单位
摘要
1
1.南京工业大学 材料科学与工程学院, 南京 211816
2
2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
针对高性能激光防护涂层的开发问题, 根据聚碳硅烷(PCS)裂解时会消耗大量激光能量, 并产生高温陶瓷保护相的特点, 本研究创新性地提出在传统氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热涂层表面再复合PCS烧蚀型涂层的防护思路, 采用料浆法结合大气等离子喷涂技术(APS)在Ni基合金表面分别制备了NiCrAlY/YSZ/PCS-TiO
2
(YPT)和NiCrAlY/YSZ/PCS-Y
2
O
3
(YPY)涂层。在研究TiO
2
和Y
2
O
3
添加相对PCS裂解行为影响的基础上, 系统研究了YPT和YPY复合涂层对10.6 μm CO
2
激光器的抗激光烧蚀性能, 并与单层YSZ涂层进行比较。结果表明, YPY和YPT复合涂层比传统YSZ涂层的激光防护效果更好, 这是因为在激光烧蚀初期, 涂层表面的PCS裂解会消耗激光能量, 且烧蚀后残余的Y
2
SiO
5
、SiC和SiO
2
相会沉积在YSZ涂层上, 形成致密的保护层, 继续对YSZ涂层进行激光防护。YPY比YPT涂层激光防护性能更好, 这是因为Y
2
O
3
具有高热导率和低热膨胀系数, YPY涂层产生的温度梯度更小, 从而缓解热应力, 且Y
2
O
3
参与PCS的裂解生成了Y
2
SiO
5
相, 比TiO
2
更能抑制PCS裂解引起的体积膨胀。此外YPY涂层中心烧蚀温度更高, 生成PCS裂解产物SiC和SiO
2
相的速度更快, 能及时保护下方涂层, 表现出更好的抗激光烧蚀性能。该研究有望为新型抗激光复合涂层的设计提供研究思路。
聚碳硅烷
添加相
复合涂层
裂解
抗激光烧蚀性能
polycarbosilane
addition
composite coating
pyrolysis
laser ablation resistance
PDF全文
Full Text
无机材料学报
2023, 38(11): 1271
RESEARCH ARTICLE
富铝CMAS对稀土硅酸盐环境障涂层的腐蚀行为与机制研究
范栋
1,2
钟鑫
1,*
王亚文
1
张振忠
2,*
[ ... ]
郑学斌
1
作者单位
摘要
1
1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2
2.南京工业大学 材料科学与工程学院, 南京 211816
3
3.中国航空制造技术研究院, 北京 100024
稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件, 但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为研究对象, 采用大气等离子喷涂技术制备X1-Gd
2
SiO
5
、X2-RE
2
SiO
5
(RE=Y, Er)涂层, 并研究其在富Al
2
O
3
的CMAS熔盐环境(1400 ℃)的腐蚀行为与机制。结果表明, X2-RE
2
SiO
5
(RE=Y, Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd
2
SiO
5
涂层, 这与涂层材料的物相组成和晶体结构的稳定性等因素有关。经CMAS腐蚀25 h后, X1-Gd
2
SiO
5
涂层表面仅生成磷灰石相; X2-RE
2
SiO
5
涂层不仅生成磷灰石相, 涂层中的RE
2
O
3
还与CMAS中的Al
2
O
3
反应生成石榴石相。生成石榴石相可提高涂层表面CMAS中CaO、SiO
2
的相对含量, 促进磷灰石致密层的生成, 从而改善其耐蚀性能。
环境障涂层
稀土硅酸盐
CMAS腐蚀
腐蚀机理
environmental barrier coating
rare-earth silicate
CMAS corrosion
corrosion mechanism
PDF全文
Full Text
无机材料学报
2022, 38(5): 544
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