航空發(fā)動機(jī)作為工業(yè)桂冠上的明珠，其服役壽命一直困擾著我國航空工業(yè)的發(fā)展。航空發(fā)動機(jī)服役環(huán)境苛刻，隨渦輪進(jìn)口溫度增加，CMAS(外界灰塵等物質(zhì))腐蝕越來越成為發(fā)動機(jī)失效的重要誘因。因此，國內(nèi)外學(xué)者針對這一問題，開展了大量的研究包括涂層材料摻雜、激光重熔等。

最近，廣東省科學(xué)院新材料研究所高溫防護(hù)涂層團(tuán)隊(duì)張小鋒等人，提出了熱障涂層表面仿荷葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過鍍鋁表面改性方法在熱障涂層表面構(gòu)筑了乳突微納雙重結(jié)構(gòu)，以降低CMAS潤濕鋪展性能。相關(guān)成果在線發(fā)表在Nature合作期刊npj Materials Degradation.

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41529-022-00308-3

針對熱障涂層CMAS腐蝕問題(如圖1所示)，研究團(tuán)隊(duì)提出了7YSZ熱障涂層鍍鋁表面改性方法，通過物理氣相沉積鍍鋁及真空熱處理在涂層表面原位形成仿荷葉結(jié)構(gòu)氧化鋁表面，降低涂層對腐蝕物質(zhì)的黏附性能及擴(kuò)散速率，研究中闡明了鋁膜在低壓高溫條件下結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，研究了鋁膜熔滲原位反應(yīng)機(jī)制，采用原位SEM觀察了涂層表面仿荷葉乳突微納雙重結(jié)構(gòu)的形成過程(如圖2所示)，系統(tǒng)對比了APS/EB-PVD/PS-PVD涂層及對應(yīng)鍍鋁改性涂層的耐CMAS腐蝕性能。鍍鋁表面改性熱障涂層先后實(shí)現(xiàn)了我國航空發(fā)動機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)地面試車考核，該技術(shù)被中國航發(fā)集團(tuán)發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)所采納。與此同時，基于鍍鋁表面改性技術(shù)已拓展到航空發(fā)動機(jī)環(huán)境障涂層、高溫隱身涂層等領(lǐng)域。

圖1 航空發(fā)動機(jī)熱障涂層面臨的CMAS腐蝕示意圖

圖2 SEM原位觀察熱障涂層表面鋁膜乳突微納雙重結(jié)構(gòu)形成過程