摘要
热障涂层是一种广泛用于航空发动机涡轮叶片的先进高温防护涂层，可以极大的降低涡轮叶片的表面温度，从而延长叶片的工作寿命。烧绿石结构的La2Zr2O7(LZO)材料被认为是新一代热障涂层的候选材料，但LZO热膨胀性能差，断裂韧性低，限制了其作为单独陶瓷层的发展，研究表明LZO/6-8wt.%Y2O3-ZrO2(YSZ)双陶瓷层热障涂层是改善LZO限制的有效措施。伴随着航空工业的发展，传统工艺制备的热障涂层体系已无法满足航空发动机高效率、高推重比的要求，目前开发新型的热障涂层极为重要。本文采用激光重熔技术改性优化等离子喷涂工艺制备的LZO/YSZ双陶瓷层热障涂层，探究了激光重熔技术对其微观组织的改变，系统的研究了激光重熔技术对等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层热震性能，高温抗氧化性能，抗CMAS腐蚀性能方面的影响。主要结论如下: 激光重熔技术改性等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层后，消除了等离子喷涂表面孔洞、微裂纹等缺陷，层状结构重新排列形成了一层具有柱状晶结构的致密重熔层。激光重熔技术的应用，使得等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层的表面粗糙度降低了96.3%，陶瓷顶层的孔隙率降低了59.1%。通过在1100℃进行的热震实验结果显示，热循环寿命从等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层的20次循环增加到激光重熔LZO/YSZ热障涂层的48次，表明等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层的抗热震性能得到提高。激光重熔技术形成的垂直于表面的分段裂纹，改善了应变适应性，从而提高了等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层的热循环寿命。 在1100℃等温氧化100h的过程中，激光重熔LZO/YSZ热障涂层的热生长氧化物(Thermally grown oxide，TGO)生长速率为0.11256μm2/h，显著低于等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层的TGO生长速率0.20905μm2/h。等温氧化10h以后，激光重熔LZO/YSZ热障涂层的TGO中Al2O3层的厚度占比始终大于等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层。激光重熔技术有效的抑制了TGO的生长，等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层的高温抗氧化性能得到了极大的改善。 在1300℃经过CMAS腐蚀0.5h、5h、10h的结果显示，由于LZO的特性，经过CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀0.5h时，等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层和激光重熔LZO/YSZ热障涂层两者都形成了由针状磷灰石相Ca2La8(SiO4)6O2和球状萤石相ZrO2组成的腐蚀反应层。腐蚀反应层可以作为阻碍CMAS渗透的屏障，在经过CMAS腐蚀10h时，两种涂层均保持结构的完整性。与等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层相比，激光重熔LZO/YSZ热障涂层因光滑表面和致密重熔层的存在，CMAS润湿性更低，在不同腐蚀时间段内腐蚀反应速率都是更低的，腐蚀反应层都是更薄的，激光重熔技术可以显著提高等离子喷涂LZO/YSZ热障涂层的抗CMAS腐蚀性能。 本研究证明激光重熔技术是一项能有效提高等离子喷涂LZO/YSZ双陶瓷层热障涂层高温性能的技术，也为激光重熔改性等离子喷涂热障涂层的应用提供了实验参考。
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