高温合金GH3039表面ZrO₂-CeO₂/Al₂O₃复合陶瓷涂层抗热震性能

尹春生¹，姚正军^1,2，方超¹，杜文博¹

1. 南京航空航天大学材料科学与技术学院2. 面向苛刻环境的材料制备与防护技术工业和信息化部重点实验室

摘 要：基于溶胶-凝胶技术制备Al₂O₃溶胶及ZrO₂和CeO₂陶瓷粉末,将ZrO₂和CeO₂陶瓷粉末掺杂在Al₂O₃溶胶中形成复合浆料并在高温合金GH3039表面分别制备Al₂O₃、ZrO₂/Al₂O₃和ZrO₂-CeO₂/Al₂O₃复合陶瓷涂层,通过XRD、SEM、EDS、DSC等检测手段研究不同陶瓷粉末的加入对复合陶瓷涂层在900℃抗热震性能的影响。结果表明:未添加任何陶瓷粉末的纯Al₂O₃陶瓷涂层在烧结过程中会产生大量的宏观裂纹,涂层表面质量差且易剥落;在Al₂O₃溶胶中掺杂ZrO₂陶瓷粉末后,ZrO₂/Al₂O₃复合陶瓷涂层的结构致密无明显宏观裂纹且涂层与基体的附着力明显增加;当掺杂粉末为CeO₂∶ZrO₂=1∶10（摩尔比）时,CeO₂可稳定高温下易发生相变的ZrO₂,阻止其由t-ZrO₂向m-ZrO₂的转变,陶瓷颗粒在Al₂O₃网络膜中分散均匀并呈现出纳米Al₂O₃颗粒包覆ZrO₂-CeO₂大颗粒的结构,这种结构使ZrO₂-CeO₂/Al₂O₃涂层的抗热震性能和抗剥落较ZrO₂/Al₂O₃复合陶瓷涂层更优异。ZrO₂-CeO₂/Al₂O₃复合陶瓷涂层能够缓解纯Al₂O₃陶瓷涂层与基体之间热膨胀系数不匹配而造成易剥落的问题,从而延长了涂层寿命,进一步提高基体的抗热震性能。

关键词：溶胶-凝胶;高温合金;纳米粉末;复合陶瓷涂层;抗热震性;