2023-01-10 10:56
航空发动机作为工业桂冠上的明珠，其服役寿命一直困扰着我国航空工业的发展。航空发动机服役环境苛刻，随涡轮进口温度增加，CMAS(外界灰尘等物质)腐蚀越来越成为发动机失效的重要诱因。因此，国内外学者针对这一问题，开展了大量的研究包括涂层材料掺杂、激光重熔等。
最近，广东省科学院新材料研究所高温防护涂层团队张小锋等人，提出了热障涂层表面仿荷叶结构设计，通过镀铝表面改性方法在热障涂层表面构筑了乳突微纳双重结构，以降低CMAS润湿铺展性能。相关成果在线发表在Nature合作期刊npj Materials Degradation.
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41529-022-00308-3
针对热障涂层CMAS腐蚀问题(如图1所示)，研究团队提出了7YSZ热障涂层镀铝表面改性方法，通过物理气相沉积镀铝及真空热处理在涂层表面原位形成仿荷叶结构氧化铝表面，降低涂层对腐蚀物质的黏附性能及扩散速率，研究中阐明了铝膜在低压高温条件下结构演变规律，研究了铝膜熔渗原位反应机制，采用原位SEM观察了涂层表面仿荷叶乳突微纳双重结构的形成过程(如图2所示)，系统对比了APS/EB-PVD/PS-PVD涂层及对应镀铝改性涂层的耐CMAS腐蚀性能。镀铝表面改性热障涂层先后实现了我国航空发动机及燃气轮机地面试车考核，该技术被中国航发集团发动机设计所采纳。与此同时，基于镀铝表面改性技术已拓展到航空发动机环境障涂层、高温隐身涂层等领域。
图1航空发动机热障涂层面临的CMAS腐蚀示意图
图2 SEM原位观察热障涂层表面铝膜乳突微纳双重结构形成过程
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