[发明专利]一种多元稳定氧化锆抗热腐蚀涂层材料

说明书

技术领域

本发明属于抗热腐蚀涂层材料技术领域，具体涉及一种多元稳定氧化锆抗热腐蚀涂层材料。

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。

热障涂层在服役过程中面临的热腐蚀包括：（1）Na₂SO₄-V₂O₅熔盐腐蚀；（2）钙镁铝硅酸盐熔融玻璃腐蚀。

Na₂SO₄-V₂O₅熔盐的热腐蚀机理是：低质量的燃料中通常含有Na、V杂质，高温燃气环境下，这些杂质形成Na₂SO₄-V₂O₅熔盐，并附着在叶片热障涂层表面。Na₂SO₄-V₂O₅熔盐与热障涂层稳定剂Y₂O₃发生化学反应生成YVO₄，致使四方相ZrO₂（即t-ZrO₂）相变为单斜相ZrO₂（即m-ZrO₂），相变伴随3%～5%的体积膨胀；反应生成的腐蚀产物YVO₄相也会在热循环过程中对热障涂层产生破坏作用，导致热障涂层开裂和脱粘失效。

钙镁铝硅酸盐的热腐蚀机理是：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；被钙镁铝硅酸盐腐蚀的热障涂层具有较低的力学性能，化学反应和热力耦合作用最终导致热障涂层失效。

目前，提高热障涂层抗热腐蚀的方法有：（1）涂层表面处理；（2）施加涂层；（3）采用其他稳定剂代替Y₂O₃。

文献1（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Na₂SO₄-V₂O₅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热腐蚀寿命。