液态喷涂高温可磨耗封严涂层成形机理及服役行为

The high-temperature abradable coating is the key technology of the aero engine and gas turbine. It can reduce the gas leak and increase the efficiency of the equipment. The conventional ceramic coating is limited by its high hardness and poor abradability. A new preparation method of solution-suspension plasma spray technology is proposed in the paper. The YSZ strengthened YSZ coating is manufactured by the multiscale design, process intensification and structure tailoring. It can reconcile the contradictions between the abradability and erosion resistance. The structure activity relationships can be built through the systematic study of formation process, service properties, interfacial compatibility and failure mechanism. New design guideline is built up to support the development of the high-temperature abradable coating.

高温可磨耗封严涂层是先进航空发动机和燃气轮机的关键核心技术，能够有效减少气体泄漏，提高发动机的效率。传统的陶瓷基可磨耗封严涂层硬度高，可磨耗性差，本项目提出一种新型的液态前驱体-悬浮液等离子喷涂技术，通过多尺度结构设计、制备过程强化及组织结构调控，制备氧化锆增强氧化锆的复相陶瓷涂层，有效协调可磨耗性与抗冲蚀等性能之间的矛盾。通过涂层成形机理、服役行为及失效规律的系统研究，揭示元素扩散、氧化、腐蚀、应力等破坏涂层物理化学相容性的作用机制，建立涂层成分-结构-服役行为-失效机理之间的构效关系，提出涂层性能优化策略，为高温可磨耗封严涂层的开发与应用提供技术支撑。

高温可磨耗封严涂层是制约航空发动机性能的关键核心技术。项目针对传统陶瓷基可磨耗封严涂层硬度高、可磨耗性差的难题，提出一种新型的液态前驱体-悬浮液等离子喷涂技术，通过多尺度结构设计、工艺过程强化及微观组织结构调控等，制备了氧化锆增强氧化锆的复相纳米陶瓷涂层，并考察了涂层在高温服役条件下的抗热震、抗氧化和耐熔盐腐蚀性能，建立了涂层成分-结构-服役行为-失效机理之间的关系。研究结果表明，新型的液态前驱体-悬浮液等离子喷涂涂层孔隙率高达30%，表面洛氏硬度HR15Y=57，涂层结合强度达到3.7MPa，纳微孔协同作用展现了优良的抗热震和抗氧化性能，在航空发动机和燃气轮机等领域具有了广阔的应用前景。项目研究期间共发表论文18篇，其中SCI/EI共15篇，会议论文1篇，申请专利5项，培养博士后3名，博士研究生3名，硕士研究生1名。