近日，威尼斯官网先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室张世宏教授团队在国际权威期刊《Corrosion Science》和《Journal of the American Ceramic Society》上发表航空发动机和燃气轮机表面防护的最新研究成果。威尼斯官网为论文第一单位，团队青年教师张振亚博士、薛召露博士分别为第一作者，张世宏教授为论文通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划（中韩政府间国际科技创新合作专项）、博士后基金面上项目、安徽省杰出青年基金、安徽省自然科学基金等项目支持。

在航空发动机服役环境中，陶瓷基热端部件面高温水蒸气腐蚀、腐蚀介质(CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂)CMAS熔盐和外物冲击等恶劣环境。环境障涂层作为航空发动机热端部件材料的“保护衣”，可以有效提高陶瓷基复合材料耐高温水氧腐蚀和抗高温CMAS熔盐侵蚀的性能，显著降低陶瓷基复合材料的氧化速率和腐蚀速率，提高陶瓷基复合材料作为航空发动机热端部件的服役温度并延长服役寿命，是先进航空发动机不可或缺的核心关键技术之一。

（CMAS与Y_xYb_(2-x)Si₂O₇在界面处生成抑制CMAS熔盐渗透的磷灰石层）

（Y_xYb_(2-x)Si₂O₇与CMAS熔盐在热-力-化环境中微观组织和化学成分演变行为）

（Y_xYb_(2-x)Si₂O₇与CMAS熔盐的光学碱度差异及反应层厚度内在联系）

团队制备出一系列环境障涂层Y_xYb_(2−x)Si₂O₇(x=0.3, 0.5, 0.8, 1.0)硅酸盐固溶体材料，研究了其在超高温1475 ℃ CMAS熔盐环境中的腐蚀行为，表征了CMAS熔盐与Y_xYb_(2−x)Si₂O₇材料发生的化学反应、渗透和扩散行为、裂纹的萌生和扩展行为等，阐明了Y_xYb_(2−x)Si₂O₇微观结构及化学成分演变规律以及Y³⁺/Yb³⁺比对材料性能的影响，结合光学碱度理论，揭示了Y_xYb_(2−x)Si₂O₇耐超高温1475 ℃ CMAS熔盐腐蚀机制。团队研发的Y_xYb_(2-x)Si₂O₇材料可以提高航空发动机热端部件抵抗CMAS熔盐的腐蚀，具备作为新一代先进环境障涂层的潜力。该研究为环境障涂层在超高温CMAS环境中的服役提供了一种新的方案，对提升航空装备的综合性能和促进“两机”的发展具有战略意义。

（不同含量Yb₂Si₂O₇-SiO₂粉末组成制备的Yb₂Si₂O₇涂层的XRD图谱）

（接近化学计量比Yb₂Si₂O₇涂层的TEM及其相关区域的电子衍射）

Yb₂Si₂O₇力学性能优异，热膨胀系数与Si粘结层及SiC-CMCs基体相匹配，是一种很有应用前景的环障涂层候选材料。尽管Yb₂Si₂O₇材料具有优异的性能，但是由于Yb₂Si₂O₇在高温等离子焰流中存在严重的烧蚀挥发问题，导致涂层的成分严重偏离了粉末材料组成，造成冷热循环过程中产生较大的热应力，严重影响高温防护涂层的服役寿命。团队研究了等离子喷涂Yb₂Si₂O₇涂层的沉积机理，掌握了微观组织和相结构精确控制技术，通过调控喷涂工艺参数和喷涂粉末材料特性，解决了等离子喷涂过程中的SiO₂挥发问题，制备出微观组织致密且接近化学计量比Yb₂Si₂O₇涂层。该研究为利用大气等离子喷涂技术制备“纯”硅酸盐层提供了技术支撑和理论依据。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111770

http://doi.org/10.1111/jace.19779

（撰稿：张振亚 审核：李永涛 张苒 黄敏）