稀土锆酸盐热障涂层材料的研究进展

李 迪 李享成 朱颖丽 陈平安 朱伯铨

武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 湖北武汉430081

热障涂层（thermal barrier coatings，TBCs）是指将具有低导热、耐高温、耐腐蚀等优异性能的陶瓷材料沉积在耐高温金属或超合金的表面，从而降低合金温度和提供力学和化学防护。TBCs的发展经历了四个阶段，前三阶段主要是从20世纪60年代的镍铝基化合物涂层到20世纪70年代改进的铝化物，再到20世纪80年代的MCrAlY（M为Ni、Co或Ni与Co）热障涂层；第四阶段为20世纪90年代之后的氧化锆基陶瓷热障涂层，即氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）。YSZ主要是以氧化锆为基础，加入部分氧化钇，提高了涂层的稳定性，黏结层采用MCrAlY，制成经典的热障涂层双层结构，该类涂层的应用范围比之前有了广泛的提高［1］。研究表明通过等离子喷涂（APS）技术制得的YSZ热障涂层表现出耐热和耐腐蚀等优良性能［2］。但YSZ热障涂层长期在1 200℃以上的高温使用，会发生相变，涂层的性能发生急剧恶化，导致热循环寿命降低；另外，涡轮发动机使用的燃料成分里面通常会有钠和硫等杂质，而这些杂质最后会以硫化钠的形式发生沉积，Y2O3容易遭到腐蚀而从ZrO2中析出，最终导致涂层剥落失效，已很难满足涡轮进口温度进一步提高的需要。

探索并研发可耐更高温度的新型TBCs体系来代替现役YSZ已迫在眉睫［3－4］。而稀土锆酸盐材料L2Zr2O7（L＝La～Lu）体系，具备很多优良性能：较低的热导率、高温相结构稳定、良好的抗烧结以及耐腐蚀性能，在新一代更高工作温度和更大推重比的航空发动机的应用方面具有很大的潜在价值。……