范栋, 钟鑫, 王亚文, 张振忠, 牛亚然, 李其连, 张乐, 郑学斌

无机材料学报 2023, 38 (5): 544-552. DOI:10.15541/jim20220532

摘要（518）

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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-Gd₂SiO₅、X2-RE₂SiO₅(RE=Y, Er)涂层, 并研究其在富Al₂O₃的CMAS熔盐环境(1400 ℃)的腐蚀行为与机制。结果表明, X2-RE₂SiO₅(RE=Y, Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd₂SiO₅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-Gd₂SiO₅涂层表面仅生成磷灰石相; X2-RE₂SiO₅涂层不仅生成磷灰石相, 涂层中的RE₂O₃还与CMAS中的Al₂O₃反应生成石榴石相。生成石榴石相可提高涂层表面CMAS中CaO、SiO₂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。

图3为X1-Gd₂SiO₅、X2-Y₂SiO₅和X2-Er₂SiO₅涂层经CMAS腐蚀4 和25 h后的表面形貌, 由图可知, 腐蚀4 h后, 三种涂层表面均残留较多的CMAS熔体, 其中X1-Gd₂SiO₅和X2-Y₂SiO₅涂层经腐蚀后有棒状晶粒析出, 而X2-Er₂SiO₅涂层表面不仅析出了棒状颗粒，还生成了块状颗粒。腐蚀25 h后, 可以发现涂层表面没有明显的残余CMAS熔体, 三种涂层表面都生成了较多的棒状颗粒, 而X2- Er₂SiO₅涂层表面还存在明显的大块状颗粒。表3为三种涂层经CMAS腐蚀25 h后表面的EDS结果, 由此可以确定, 棒状颗粒的组成为磷灰石相, 而块状颗粒为石榴石相。