La2(Zr0.7Ce0.3)2O7纳米热障涂层的粉化及机理研究

Based on the influences of environmental corrosion factors, to build the pulverization failure model of La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 nano-structured thermal barrier coatings，and to provide a new idea to improve the performances of thermal barrier coatings. In this project, we plan to employ La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 nanoparticles synthesized by hydrothermal method and sol-gel method as raw materials to fabricate nano-structured thermal barrier coatings via atmospheric plasma spraying (APS) on Ni-based superalloy. On the basis of the investigation of the evolvement rules of phase structures and microstructures with different corrosion environments and time, we want to reveal the primary factors of pulverization. Further study the basic reason of pulverization failure for La2(Zr0.7Ce0.3)2O7 nano-structured thermal barrier coatings. The research results of this project have an important scientific significance for improving the performances and promoting the applications of the nano-structured thermal barrier coatings.

从导致涂层粉化失效的环境腐蚀因素出发，研究导致涂层粉化的根本原因，构建纳米热障涂层粉化机理模型，为进一步提高纳米热障涂层寿命提供新思路。项目研究目标为La2(Zr0.7Ce0.3)2O7纳米热障涂层，采用水热合成法和溶胶凝胶法制备原材料，通过大气等离子喷涂方法制备涂层。通过将涂层放置于不同腐蚀环境中，研究不同阶段涂层相成分、微观组织结构的变化规律，并评价原材料合成方法和热处理工艺对涂层粉化的影响；通过强制脱落手段研究粉化颗粒的相结构、尺寸、形貌的变化，探索粉化颗粒的晶体生长行为；揭示腐蚀环境-相成分-微观组织结构-粉化之间的关系，构建纳米热障涂层粉化机理模型，并探讨涂层粉化机理与传统热处理失效模式的区别和联系；探索提高涂层抗粉化性能的有效措施。本项目的研究对扩展纳米热障涂层的性能和应用具有重要意义。

近年来，热障涂层的潮解粉化受到了科研人员的广泛关注。从导致涂层粉化失效的环境因素出发，研究其潮解粉化的根本原因，可为进一步提高热障涂层的服役寿命提供可靠依据。本项目以La2(Zr0.7Ce0.3)2O7纳米热障涂层为研究对象，通过将涂层放置在不同腐蚀环境观察到湿度是影响涂层潮解粉化的主要因素，同时对粉化的涂层的结构、成分、微观组织结构、形貌等参数进行了研究，深入分析了涂层潮解粉化的演变过程，得到了湿度对涂层潮解粉化影响的实质，为提高热障涂层寿命提供了可靠的实验依据和理论指导。同时对Yb2Si2O7、Y4Al2O7等新型纳米涂层材料的热物性能进行了研究。取得的主要成果如下：.（1）制备出尺寸均匀、分散性良好的La2(Zr0.7Ce0.3)2O7纳米颗粒，对其热稳定性、抗烧结性能等进行了研究，并与传统的8YSZ和La2Zr2O7相关性能进行了对比研究；.（2）采用大气等离子法喷涂了La2(Zr0.7Ce0.3)2O7纳米热障涂层，通过在不同环境中的腐蚀实验，得出湿度是影响其潮解粉化的主要原因，并对其相关机理进行了研究；.（3）制备了Yb2Si2O7、Y4Al2O7和Sm2(Zr0.7Ce0.3)2O7新型纳米热障涂层材料，并对其相关热物性能进行了研究；.（4）在Cf/SiC基底上分别喷涂了Er2Si2O7和Er2Si2O7/LaMgAl11O19涂层，并通过热震实验研究了两种涂层的抗氧化性能；.（5）合成了Sm2O3-ZrO2，ZrO2 和不同形貌的CeO2纳米材料，并进一步制备了湿度传感器，分别研究了掺杂、不同表面活性剂以及样品形貌对传感器性能影响的相关因素；.（6）采用不同表面活性剂合成了La2Ce2O7纳米材料，研究了不同表面活性剂对材料晶体生长活化能的影响，并探讨了相关机理。