热障涂层柱的加工-微观结构-性能：热化学-机械耐久性研究

现代燃气涡轮发动机依靠热障涂层 (TBC) 来保护发动机的结构部件，使其在极高的工作温度（1300-1500 °C）下免受损坏。近年来，飞机发动机的运行效率显著提高，主要是由于工作温度的提高；然而，TBC 的寿命可能会受到几种类型的损坏机制的影响。在这项综合研究中，我们开发了多种新型柱状悬浮等离子喷涂 (SPS) 涂层，以提高其抗侵蚀、钙镁铝硅酸盐 (CMAS) 和炉循环试验 (FCT) 性能。通过一项首次进行的综合研究，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。我们能够使用一组独特的加工参数产生树枝状、横向、分支和柱状微观结构。通过调节与等离子炬的距离，涂层具有精细的柱状微结构，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，可以形成具有树枝状分支的柱状微结构，从而增强抗侵蚀能力并最大限度地减少熔融 CMAS 渗透造成的损害，从而显著延长涂层的使用寿命和坚固性。对最佳柱状微结构的追求导致得出以下结论：对于每种 SPS 涂层，都需要进行一般的优化框架以实现其所需的热化学机械抗性，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、悬浮等离子喷涂、柱状微结构、CMAS 抗性、热循环抗性、耐腐蚀性

最初发表于 ACS Applied Materials & Interfaces（第 16 卷/第 8 期，2024 年 2 月 13 日）
作者：Siddharth Lokachari、Kah Leng、Acacio Rincon Romero、Nicholas Curry、Gyaneshwara Brewster、Andy Norton、Tanvir Hussain