镀铝改性对PS-PVD 7YSZ热障涂层抗CMAS腐蚀影响机制

采用等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）方法制备了羽毛柱状结构7YSZ（氧化钇稳定氧化锆,简称YSZ）热障涂层,并对涂层进行了表面镀铝改性研究。在1050℃保温5 min、空冷5 min为一个热循环的条件下,测试了改性前后热障涂层的热循环性能。此外,在1200℃高温下对涂层进行了CMAS （CaO、MgO、Al2O3、SiO2等硅酸铝盐物质的简称）腐蚀实验。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对涂层显微组织、元素分布及物相组成进行了表征。通过研究喷涂态涂层与镀铝改性涂层的CMAS腐蚀行为,分析了涂层腐蚀机制,并阐述了镀铝改性对涂层耐腐蚀的作用机理。结果表明:镀铝改性后的涂层保持较好的热稳定性,经过5200次热循环后未见涂层剥落。喷涂态涂层受CMAS腐蚀后,产生了"波浪"状形变, CMAS完全渗透了7YSZ涂层;而镀铝改性涂层,由于通过Al与ZrO2原位反应,在涂层表面形成有耐腐蚀的α-Al2O3致密层,涂层腐蚀情况得到了显著改善。研究发现,α-Al2O3致密层不仅对涂层形成机械保护,还影响CMAS在涂层上的热化学反应,使得CaO、Al2O3、SiO2三种氧化物在涂层上的渗入受到抑制,但MgO在涂层中的渗透未受到明显影响。此外,本文还建立了以菲克第二定律为核心的数学模型,以评估镀铝改性技术对涂层耐CMAS腐蚀能力的影响。