热障涂层中柱的加工-微观结构-性能：热化学机械耐久性的研究

现代燃气涡轮发动机依赖于热障涂层 (TBC)，它可以保护发动机的结构部件在极高的工作温度 (1300–1500°C) 下免遭降解。近年来，飞机发动机的运行效率有了显着提高，这主要是通过提高运行温度来实现的。然而，TBC 的寿命可能会受到几种类型的降解机制的影响。在这项综合研究中，开发了多种新型柱状悬浮等离子喷涂 (SPS) 涂层，用于测试其侵蚀、钙镁铝硅酸盐 (CMAS) 和熔炉循环测试 (FCT) 性能。通过首次全面研究，我们通过修改喷涂参数并使用拉曼光谱测量其显微硬度、断裂韧性、柱密度和残余应力，获得了一系列 SPS 微观结构。我们能够通过一组独特的加工参数生产树枝状、横向、分支和柱状微观结构。通过调节与等离子炬的距离实现的细化柱状微观结构增强的涂层表现出优异的热循环弹性。相反，通过降低机器人在沉积过程中的移动速度来开发具有树枝状分支的柱状微观结构，增强了耐侵蚀性并最大限度地减少了熔融 CMAS 渗透造成的损坏，从而显着延长了涂层的使用寿命和坚固性。对最佳柱状微观结构的追求得出这样的结论：对于每种 SPS 涂层，需要进行总体优化框架，以实现其所需的热化学机械耐受性，因为 TBC 所需的性能是相互交织的。

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关键词：热障涂层, 悬浮液, 等离子喷涂, 柱状微结构, CMAS, 抗热循环性能, 抗冲蚀性能

最初发表于 《ACS Applied Materials & Interfaces》（2024 年 2 月 13 日）
作者：Siddharth Lokachari、Kah Leng、Acacio Rincon Romero、Nicholas Curry、Gyaneshwara Brewster、Andy Norton、Tanvir Hussain