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摘要
随着先进航空发动机向高推重比和高热效率发展，涡轮前进口温度显著提高，航空发动机叶片热障涂层(TBCs)在高温服役过程中受火山灰、飞灰、跑道磨屑、工业烟尘、汽车尾气及PM2.5等环境沉积物的侵蚀愈来愈严重。这些沉积物的主要化学成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS),其熔点约为1 240℃,远低于发动机的服役温度。环境CMAS被吸入发动机中后，将迅速熔融并渗入TBCs结构内部。一方面，CMAS对叶片表面造成物理冲击与破坏，熔融态的CMAS还会导致气膜冷却孔堵塞，引起冷效降低与叶片温度-应力场的改变；另一方面，熔融CMAS与叶片涂层发生化学反应，导致叶片TBCs腐蚀剥落及过早失效，服役寿命大幅度下降。解决叶片TBCs表面CMAS沉积和腐蚀的问题是目前先进航空发动机TBCs研究领域的重点和难点，而掌握不同环境下CMAS的物理化学特性更是研制抗CMAS热障涂层的基础。本文阐述了CMAS的成分与流变特性及TBCs在CMAS环境下的热化学、热力学失效机理，并简述了目前国际上有关涂层组织结构优化、阻渗层和牺牲层等CMAS防护策略。
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单位北京航空航天大学; 北京钢研高纳科技股份有限公司
