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作者：梅娇;薛召露;郑越;于海原;刘广华;巩秀芳;孙健;张振亚;张世宏;
单位：安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室;北京北冶功能材料有限公司;中国联合重型燃气轮机有限公司;东方电气集团东方汽轮机有限公司;
摘要：多元稀土掺杂氧化锆是超高温热障涂层的理想候选材料之一，并且双陶瓷层热障涂层由于具有优良的综合性能而受到了广泛关注。通过设计4种不同陶瓷层厚度比[Gd_2O_3-Yb_2O_3-Y_2O_3共掺杂ZrO_2 (GdYb-YSZ):质量分数为6%～8%的Y_2O_3部分稳定ZrO_2(8YSZ)为5:1,2:1,1:1,1:2]的GdYb-YSZ/8YSZ双陶瓷层热障涂层，随后采用大气等离子喷涂技术制备了4种GdYb-YSZ/8YSZ双陶瓷层热障涂层，研究了GdYb-YSZ/8YSZ陶瓷层厚度比对热障涂层微观组织、结合强度和水淬–热震循环性能的影响，探讨了4种热障涂层在1150℃水淬–热震循环下的失效机理。结果显示：绝大部分GdYb-YSZ和8YSZ喷涂粉末材料都已熔化，有少部分粉末未熔或半熔化状态，导致涂层的表面由光滑组织和粗糙组织构成。GdYb-YSZ陶瓷顶层均是由c-ZrO_2相和少量m-ZrO_2相组成，GdYb-YSZ/8YSZ厚度比为5:1时的涂层的平均结合强度最大。在陶瓷层总厚度约300μm不变的情况下，随着GdYb-YSZ陶瓷层的厚度减小，GdYb-YSZ/8YSZ涂层体系在1150℃的抗热震循环性能越来越好，当GdYb-YSZ/8YSZ厚度比为1:2时，水淬–热震循环达到了205次，抗热震性能最好。在1150℃的水淬–热震循环过程中，随着8YSZ陶瓷层厚度的增加，8YSZ涂层内的残余应力越大，微裂纹容易在8YSZ/TGO(热生长氧化物层)界面处靠近8YSZ一侧形成；加上热循环过程中TGO形成并伴随有压应力的产生，随着热循环次数的增加，TGO不断增长，涂层中的微裂纹也会进一步扩展至TGO内，降低涂层的结合力，最终导致涂层发生剥落失效。
关键词：热障涂层;大气等离子喷涂技术;氧化钆–氧化镱–氧化钇共掺杂氧化锆;热循环失效机理
基金资助：安徽省高校自然科学重点项目(KJ2021A0389); 国家重点研发计划(2019YFE0107500)
