科研进展

省科院新材料研究所镀铝表面改性热障涂层研究新进展

航空发动机作为工业桂冠上的明珠,其服役寿命一直困扰着我国航空工业的发展。航空发动机服役环境苛刻,随涡轮进口温度增加,CMAS(外界灰尘等物质)腐蚀越来越成为发动机失效的重要诱因。近年来,周克崧院士、刘敏教授带领的高温防护涂层研究团队,围绕着国家重大战略需求,先后承担了国家重点研发、特支本土创新团队以及省重点研发等十余项高温防护涂层项目,聚焦于解决航空发动机涡轮叶片热障涂层所存在的CMAS腐蚀等行业瓶颈。

针对热障涂层CMAS腐蚀等问题,张小锋博士等人提出了7YSZ热障涂层镀铝表面改性设计,通过物理气相沉积镀铝及真空热处理在涂层表面原位形成仿荷叶结构氧化铝表面,降低涂层对腐蚀物质的黏附性能及扩散速率,研究中阐明了铝膜在低压高温条件下结构演变规律,研究了铝膜熔渗原位反应机制,采用原位SEM观察了涂层表面仿荷叶乳突微纳双重结构的形成过程,系统对比了APS/EB-PVD/PS-PVD涂层及对应镀铝改性涂层的耐CMAS腐蚀性能。镀铝表面改性热障涂层先后实现了我国航空发动机及燃气轮机地面试车考核,该技术被相关行业采纳。与此同时,镀铝表面改性已拓展到航空发动机环境障涂层、高温隐身涂层等领域,其中 2022年镀铝改性环境障涂层通过了航空发动机满状态长时间地面试车考核。

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航空发动机热障涂层面临的CMAS腐蚀示意图

上述研究成果于近期发表在材料腐蚀顶级期刊Nature合作期刊npj Materials Degradation (https://www.nature.com/articles/s41529-022-00308-3),上述工作是张小锋博士以第一/通讯作者发表的第三篇Nature旗下期刊论文(npj Mater. Degrad. 4, 31 (2020)、Nat. Commun. 13, 1332 (2022))。相关工作得到了国家自然科学基金、广东省特支创新团队、省科学院百名青年等项目资助。

供稿:热喷涂研究中心     

供图:热喷涂研究中心