稀土锆酸盐热障涂层的相稳定性和界面结合性能研究

作者：白明远; 王鑫; 甄真; 牟仁德; 何利民; 许振华^*

来源：真空, 2021, 58(04): 12-20.

DOI：10.13385/j.cnki.vacuum.2021.04.03

• 稀土锆酸盐
• 热障涂层
• 相结构
• 结合强度
• 热循环寿命

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺制备了La2Zr2O7(LZ)、La2Zr2O7-3wt.%Y2O3(LZ3Y)、La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)和6～8wt.%Y2O3部分稳定化的Zr O2(YSZ)四种陶瓷涂层,研究了稀土锆酸盐和YSZ热障涂层的高温相稳定性、涂层结合性能和热循环行为。借助X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等表征手段分析了涂层的相组成、相结构稳定性、显微组织和化学成分。试验结果表明:经过1300℃长时间热处理后,LZ、LZ3Y和LZ7C3涂层粉末的XRD衍射峰均逐渐向2θ大角度方向偏移,涂层中共存的La2O3、t-Zr O2和Ce O2物相也产生了固溶现象,YSZ涂层则是出现了两个单斜相衍射峰且峰强度逐渐增大;在室温空气中放置336h后,LZ涂层出现了明显的片层状脱落现象;YSZ涂层的平均结合强度值最大,LZ涂层则是最小。同样,三种稀土锆酸盐涂层的热循环寿命均比YSZ涂层短。这可能与三种涂层中含有过量的La2O3有关,La2O3易于与空气中的H2O或CO2发生化学反应导致体积膨胀,从而削弱了陶瓷层与金属粘结层的界面结合性能,降低了陶瓷层的耐剥落寿命。

• 单位
  中国航发北京航空材料研究院