陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composite, CMC）具有更高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐高溫性能等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件首選新型高溫結(jié)構(gòu)材料，但CMC用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件極易受到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的高溫水蒸氣及外界沉積物等引起的腐蝕，因此需在CMC表面制備環(huán)境障涂層（Environmental Barrier Coatings, EBCs）以保護(hù)其本征性能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)服役壽命需求。EBCs為多層材料體系，在涂層制備過(guò)程中熱膨脹系數(shù)失配會(huì)導(dǎo)致涂層出現(xiàn)貫穿裂紋，且噴涂過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力亦會(huì)導(dǎo)致裂紋及孔洞等缺陷的產(chǎn)生，在服役環(huán)境下，這些因熱失配及熱應(yīng)力產(chǎn)生的缺陷為高溫水蒸氣、氧氣等腐蝕性物質(zhì)提供滲透通道，加劇Si粘結(jié)層的氧化，熱生長(zhǎng)氧化物（TGO）在快速生長(zhǎng)至一定厚度時(shí)，涂層將在應(yīng)力的作用下發(fā)生分層剝落導(dǎo)致EBCs過(guò)早失效，嚴(yán)重影響EBCs的服役壽命。因此，如果有效提高EBCs抗水蒸氣腐蝕能力是眾多學(xué)者關(guān)注及亟待解決的難題。

最近，針對(duì)EBCs抗水蒸氣腐蝕性能不足的問(wèn)題，文章中采用EBCs表面鍍鋁原位生成鋁酸鐿（Yb3Al5O12）的表面改性技術(shù)提高其抗高溫水蒸氣腐蝕性能。相關(guān)成果在線(xiàn)發(fā)表在材料腐蝕期刊Corrosion Science，通訊作者為西安交通大學(xué)凡正杰和廣東省科學(xué)院新材料研究所張小鋒。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111123

該研究以APS制備的Si/Mullite/ Yb2SiO5涂層體系為研究對(duì)象，探究EBCs表面鍍鋁改性機(jī)制及其抗水蒸氣腐蝕機(jī)理。本文實(shí)驗(yàn)表明在EBCs表面磁控濺射鍍鋁+真空熱處理后，涂層表面原位形成鐿鋁石榴石結(jié)構(gòu)改性層，如圖1所示；同時(shí)，經(jīng)過(guò)鋁改性的EBCs在1300℃高溫水蒸氣環(huán)境下（90%H2O+10%O2）腐蝕300h后，在鋁改性層保護(hù)下，Yb2SiO5層中的微裂紋等缺陷得到愈合，孔隙率由噴涂6.23%將至0.72%，如圖2所示。另外，由于Yb3Al5O12優(yōu)異的抗水氧腐蝕能力以及致密的Yb2SiO5層的阻隔水蒸氣及氧氣的滲透綜合作用，鍍鋁改性EBCs大幅度減緩了TGO的生長(zhǎng)速率，鋁改性EBCs抗水蒸氣腐蝕示意圖如圖3所示。

上述工作為鍍鋁改性應(yīng)用于環(huán)境障涂層抗水蒸氣腐蝕提供了實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)支持，提高了環(huán)境障涂層的使用壽命，為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)CMC關(guān)鍵構(gòu)件的工程化應(yīng)用添磚加瓦。

圖1鋁改性Yb2SiO5涂層的物相分析。(a) TEM HAADF圖像。(b) 圖(a)中以虛線(xiàn)正方形顯示區(qū)域的亮場(chǎng)像。(c-f) EDS元素圖。(g-i) 在圖(a)中各自區(qū)域的選區(qū)電子衍射圖。

圖2 不同腐蝕時(shí)間下鍍鋁改性EBCs涂層的低、高倍背散射電鏡圖。(a1，a2，a3) 0 h。 (b1，b2，b3) 25 h。 (c1，c3，c3) 100h。(d1，d2，d3) 300 h。

圖3 鍍鋁改性EBCs抗水蒸氣腐蝕機(jī)理示意圖。(a)鍍鋁改性。(b) 1400℃水蒸氣腐蝕300 h后。