熔盐腐蚀环境下LnPO4热障涂层材料的高温稳定性研究

摘要

热障涂层技术是降低涡轮发动机叶片热端工作温度必不可少的关键之一，同时热障涂层也是上百种功能涂层中服役条件最为恶劣的，对于材料的选择十分严苛。稀土磷酸盐LnPO4（Ln=Sm、Gd）的优良特性使它成为了极具潜力的超高温热障涂层陶瓷层材料。热障涂层失效种类繁多，其中 CMAS 和各类熔盐造成的高温腐蚀破坏性最大，也最为难以控制。本论文研究了高温下熔融 CMAS 和V2O5对LnPO4的腐蚀行为，并深入的讨论了相应的腐蚀机理，为新一代超高温热障涂层材料的研制提供理论依据。 采用化学合成-煅烧法制备了 LnPO4（Ln = Sm、Gd）陶瓷粉体并压制成块材，采用球磨混合法配置了实验所需要的CMAS粉体，其比例为24CaO-20MgO-8Al2O3-48SiO2 （at.%）。利用液相涂覆的方法将CMAS作用在LnPO4块材上，并将样品进行静态热处理，研究了LnPO4抗CMAS腐蚀的能力。研究结果表明， CMAS对LnPO4块材的润湿性很低，熔融的CMAS不易于渗透。在腐蚀过程中CMAS 与 LnPO4 发生了化学反应，生成了 CaAl2Si2O8, MgAl2O4 和Ca3Ln7(PO4)(SiO4)5O2等反应产物形成了反应层，阻止了CMAS的进一步渗透，且通过对比发现GdPO4在抗CMAS渗透腐蚀上比SmPO4性能更加优良。 采用化学合成-煅烧法制备了LnPO4（Ln=Sm、Gd）陶瓷粉体并压制成块材，将分析纯浓度的V2O5粉体通过直接涂覆的方法作用于LnPO4块材上，将样品在箱式电炉中热处理2h和10h，探究V2O5对LnPO4块材的腐蚀行为。研究结果表明，熔融的 V2O5 与 LnPO4 之间的腐蚀反应极其微弱，腐蚀产物 LnVO4 和Ln4(P2O7)3量极少，大量的熔融的 V2O5完全渗透进入了 LnPO4块材内部，但是渗透进入内部的V2O5并没有破坏LnPO4块材的结构，块材依然保持了原有的稳定性，未发现裂纹等缺陷，说明LnPO4在高温熔融V2O5作用下的稳定性十分良好。

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