双稀土改性锆酸锶热障涂层的CMAS腐蚀机理及缓解机制
批准号:
52062040
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
马文
依托单位:
学科分类:
结构陶瓷
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
马文
中文摘要
开发具有低热导率、耐更高使用温度、抗CMAS(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)腐蚀性能良好的新型陶瓷热障涂层材料是满足下一代高性能燃气轮机热端部件使用要求的技术难题。. 本课题采用溶液等离子喷涂制备不同稀土含量及显微结构的Yb2O3和Gd2O3双稀土改性SrZrO3涂层,通过座滴实验研究CMAS熔体对涂层的润湿、渗透、反应等界面行为,建立CMAS熔体对涂层的熔渗动力学方程。通过静态热腐蚀实验和燃烧台架实验研究CMAS作用下涂层的失效行为,揭示稀土元素含量及其存在形式对涂层腐蚀产物相组成、涂层力学性能的影响规律,阐明双稀土改性SrZrO3涂层的CMAS腐蚀机理及其缓解机制,提出抗CMAS腐蚀双稀土改性SrZrO3涂层的设计原则。. 通过课题研究,发展一种反应、润湿等界面行为可控的双稀土改性SrZrO3热障涂层,为该涂层材料在下一代高性能燃气轮机上的应用提供理论支持。
英文摘要
It is an important technological problem for hot-end components of the next generation advanced turbine engine to develop novel thermal barrier coatings (TBCs) materials, with low thermal conductivity, higher temperature application capability, as well as better CMAS (CaO-MgO-Al2O3-SiO2) corrosion resistance. . In this project, the Yb2O3 and Gd2O3 double rare-earth oxides co-doped SrZrO3 coatings with different contens of the rare-earch oxides and microstructures will be deposited by solution precursor plasma spray (SPPS) method. The wetting, infiltration, and reaction behavior of CMAS melt on the coatings will be investigated by sessile drop method to establish the infiltration kinetics equation. The fialure behaviors of the coatings in contact with CMAS will be investigated by static corrosion experiments and burner rig tests, revealing the influences of the content of rare-earth oxides and their existence forms on the corrosion products and mechnical properties of the coating. Therefore, the corrosion mechnism and migigation mechanism of the coatings uder CMAS attack will be elucidated, and a design principle for the double rare-earth co-doped SrZrO3 coating will be proposed. . As a result, the double rare-earth co-doped SrZrO3 TBC materials with controlled reaction, and wetting behavior will be developed, thus supporting the advanced turbine engine industry in theory.
制备了三种Sr(Zr1-2xRExGdx)O3-δ (RE = Ce,Yb;x = 0,0.1)陶瓷粉末和陶瓷块体,优选出抗CMAS腐蚀性能较好的Gd/Yb改性SrZrO3陶瓷块体。通过溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)制备了Sr(Zr1-2xGdxYbx)O3-x(x = 0,0.05,0.1,0.15;简称SZO,SZGY10,SZGY20,SZGY30)涂层,对其相稳定性、CMAS腐蚀行为以及CMAS熔体在不同成分涂层表面的动力学铺展润湿行为进行了研究,确定了合适的稀土掺杂含量。进而制备了具有不同孔隙率的涂层,分析了孔隙率对涂层抗CMAS腐蚀的影响。最后研究了SZGY20(致密)/8YSZ和SZGY20(致密)/SZGY20(疏松)/8YSZ两种结构涂层(分别简写为致密涂层,致密-疏松涂层)在CMAS腐蚀条件下的热循环寿命,并分析了失效机理。.研究了Sr(Zr1-2xGdxYbx)O3-x四种涂层在1250 ℃和1350 ℃两个温度下的CMAS腐蚀行为。两个反应温度下的反应产物主要是ZrO2,Ca2Mg(Si2O7),CaAl2Si2O8,但在1250 ℃下反应产物中出现SrAl2O4,同时SZO涂层在腐蚀10 h后出现m-ZrO2。1250 ℃下腐蚀50 h后CMAS完全渗透SZO涂层,而SZGY10,SZGY20和SZGY30涂层的反应层与渗透层的总厚度分别为137,80和55 μm。1350 ℃下CMAS腐蚀50 h后,CMAS熔体完全渗透了SZO和SZGY10两种涂层,而在SZGY20和SZGY30涂层表面形成了CMAS结晶,仍保持较好的抗CMAS腐蚀能力。.对比1121 ℃炉内循环涂敷和未涂敷CMAS粉末的条件可知致密-疏松涂层的热循环寿命均高于致密涂层的热循环寿命。在未涂敷CMAS粉末的条件下,致密涂层的循环寿命为321次,致密-疏松涂层的循环寿命为393次。在涂敷CMAS粉末的条件下,致密涂层的循环寿命仅为101次,相较未涂敷CMAS粉末的寿命降低了68%,而致密-疏松涂层的循环寿命仍高达381次。在1250 ℃涂敷CMAS粉末的条件下,致密涂层与致密-疏松两种涂层热循寿命均高于8YSZ涂层。三种涂层的循环寿命分别为,致密涂层78次,致密-疏松涂层80次,8YSZ涂层67次。致密-疏松涂层可以有效缓解涂层热失配以及CMAS腐蚀引起的涂层屈曲失效。
溶液前驱体等离子喷涂(5RE1/5)2Zr2O7高熵陶瓷涂层的制备及性能调控机理
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批准号:52572074
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:马文
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依托单位:
溶液前驱体等离子喷涂双稀土改性锆酸锶纳米结构热障涂层的形成机理和性能调控
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批准号:51672136
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:马文
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依托单位:
双稀土改性SrZrO3涂层中第二相对涂层物理性能及寿命的影响机制
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批准号:51462026
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2014
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负责人:马文
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依托单位:
超高温陶瓷热障涂层材料稀土锆酸锶的基础研究
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批准号:51062012
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2010
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负责人:马文
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依托单位:
国内基金
海外基金