等离子喷涂氧化钪氧化钇复合稳定氧化锆热障涂层的相稳定性及热导率
李其连，陈慧君，刘怀菲等
第十四届国际热喷涂研讨会论文
摘要：采用化学共沉淀法制备了等离子喷涂热障涂层用 Sc2O3 -Y2O3 -ZrO2（ScYSZ ）粉末，该粉末含7.0mol% 氧化钪、1.5mol% 氧化钇。对等离子喷涂 Sc2O3 -Y2O3 -ZrO2 热障涂层微观形貌、相稳定性及热导率进行了研究。结果表明 ScYSZ 涂层1500 ℃热处理300h 后仍然呈单一非平衡四方相结构，无立方相及单斜相产生，并且ScYSZ 涂层热导率低于目前使用的3.5-4.5mol%Y2O3 -ZrO2 热障涂层。ScYSZ 热障涂层可能成为先进燃气轮机的新型热障涂层。
关键词：等离子喷涂；热喷涂粉末；热障涂层；氧化钪氧化钇复合稳定氧化锆；微观结构；相稳定性；热导率
1. 前言
热障涂层广泛用于燃气轮机，保护发动机金属部件，如燃烧室、涡轮叶片，可提高部件寿命、改进发动机效率、降低部件温度或提高燃气温度。目前全球广泛使用的 3.5-4.5mol%Y2 O3–ZrO2（YSZ ）热障涂层长期工作温度不能高于 1200℃时，由于高于 1200℃时在热循环状况下将发生非平衡四方相（t′）到平衡四方相（t）和立方相(c)的转变，然后发生四方相（t）到单斜相(m) 的转变，在相变过程中有很大的体积变化，导致涂层产生裂纹甚至剥落[1]。为了提高热障涂层的使用温度，涂层组织结构由不可转变四方相组成非常重要。可选择的热障涂层材料有单一稀土氧化物 RE2O3( RE=Y, La, Sc, Gd, Sm, Nd ) 或复合稀土氧化物( Y2O3+ La2O3 ，Sc2 O3 ，Gd2 O3 ，Dy2 O3 ，Sm2 O 3 ，Nd2 O 3 ，Yb2 O3 ，CeO 2 ) 稳定 ZrO2 及几种稀土锆酸盐（Gd2Zr 2 O7 ， La2Zr 2 O7 ，Nd2Zr 2O7 ，Sm2Zr 2 O7 ），这些材料热导率均低于YSZ[1-5] 。资料报道 La2O3 , Y2O3 稳定的ZrO 2 相稳定温度可达1300 ℃[4]。 Jones and Mess的研究表明6.31mol%Sc2O3 -0.34mol%Y2O3 -ZrO2 涂层 1400℃热处理 140 小时仍然相稳定[1,5] 。
本试验研究了一种新的组成7.0mol%Sc2O3 -1.5mol%Y2O3 -ZrO2（ScYSZ ）热障涂层， 喷涂陶瓷粉末材料原粉采用化学共沉淀法制备，涂层用等离子喷涂工艺制备。陶瓷涂层于 1400 ℃ 及 1500℃ 热处理300 小时，测定陶瓷涂层的高温相稳定性，并与 YSZ 涂层进行了对比，评估 Sc2O3对涂层相稳定性及热导率的影响和7.0mol%Sc2O3 -1.5mol%Y2O3 -ZrO2作为热障涂层陶瓷顶层材料的可能性。
图略
参考文献略
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