高熵稀土铝酸盐双陶瓷涂层的制备及热防护性能研究

随着航空航天技术的发展,热防护涂层服役温度逐渐提高,亟需寻找新一代涂层材料。本研究通过固相烧结法制备高熵稀土铝酸盐(Y_(0.2)Yb_(0.2)Lu_(0.2)Eu_(0.2)Er_(0.2))_(3)Al_(5)O_(12)(HE-RE_(3)Al_(5)O_(12))陶瓷粉体,采用大气等离子喷涂技术在高温合金基体上实现HE-RE_(3)Al_(5)O_(12)/YSZ和HE-RE_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)双陶瓷涂层有效沉积。分析了双陶瓷涂层的相结构及微观组织演变规律,并开展了其在高温氧乙炔焰流热冲击循环作用下的热防护性能研究。结果表明,氧乙炔火焰加热涂层表面温度至1400℃,并在目标温度下停留200 s时,HE-RE_(3)Al_(5)O_(12)/YSZ和HE-RE_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)涂层样品(HE-RE_(3)Al_(5)O_(12)涂层厚度为200μm)能够分别实现有效温降约为665℃和545℃。HE-RE_(3)Al_(5)O_(12)/YSZ双陶瓷涂层在1400℃-200 s热循环下的寿命为20次左右,且该涂层的抗热震性能明显优于HE-RE_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)涂层。基于高熵涂层的热防护行为演变特征,推测在高温焰流循环作用过程中涂层内部所产生的热失配应力是引起双陶瓷涂层失效的主要原因。本研究工作基于新型双陶瓷涂层结构设计,有效扩展了高熵稀土铝酸盐涂层材料在高温热防护领域中的应用前景。