【摘 要】
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随着我国燃气轮机进一步的发展,朝着更高的热效率和推重比迈进,燃烧室表面温度持续提高。为了保持合金基体在高温下的机械性能,需要加上一层热障涂层（Thermal barrier coating,TBC）。传统的 TBC 材料如 YSZ 和 La2Zr2O7 已经不能满足越来越高的温度需求,急需开发新的TBC材料。近年来,高熵材料表现出许多出色的热物理性能,例如热导率低,优良的热稳定性能,已开发出众多的
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随着我国燃气轮机进一步的发展,朝着更高的热效率和推重比迈进,燃烧室表面温度持续提高。为了保持合金基体在高温下的机械性能,需要加上一层热障涂层（Thermal barrier coating,TBC）。传统的 TBC 材料如 YSZ 和 La2Zr2O7 已经不能满足越来越高的温度需求,急需开发新的TBC材料。近年来,高熵材料表现出许多出色的热物理性能,例如热导率低,优良的热稳定性能,已开发出众多的材料体系,高熵材料逐渐成为研究热点。为了获得热导率更低以及抗热震性能优良的TBC,选择合适的单组分材料,结合离子半径、缺陷形成因素进行元素选择,通过固相合成法合成了La2（Ce0.2Hf0.2Zr0.2Ti0.2Sn0.2）2O7高熵陶瓷,呈烧绿石晶体结构特征,形貌为多孔隙,较为均匀,孔隙率P=24.7%。差示扫描量热法（DSC）曲线未产生明显吸热或放热峰,表明该材料热稳定性较好。比热容数据呈抛物线状形式,测得1000℃时的热导率仅为0.54 W-m-1·K-1。为了检验这种新材料在高温下能否长期使用,进行了静态氧化和钙镁铝硅酸盐（CMAS）腐蚀实验。在1100℃下保温100h静态氧化数据表明,X射线衍射（XRD）显示各主峰强与烧绿石结构对应,有趣的是杂相的消失和各主峰强发生改变,通过分析可能是由于高熵无序的晶体结构造成较粗糙的布拉格衍射面,以及不同的原子半径对X射线信号造成影响,形成不同的衍射峰强。扫描电子显微镜（SEM）表明该材料为多孔高熵陶瓷形貌,孔隙率几乎没有变化。CMAS腐蚀实验表明CMAS与材料不发生化学反应,不会渗透进入涂层破坏微观结构。采用大气等离子喷涂（APS）方法制备了厚度约为100μm的高熵陶瓷涂层。通过XRD对涂层表面进行研究分析,呈单相烧绿石结构特征,无杂相。SEM表明形成了典型的喷涂态表面形貌,涂层硬度数据表明具有较高的机械性能。热循环实验前后XRD图谱表明该过程未发生相变,对剥落后的粘结层XRD分析表明该过程未形成如Al2O3的热生长氧化物（TGO）,说明所制备涂层氧不透过。100h静态氧化实验表明,该过程不发生相变和分解,但形成了类似结晶态的小晶粒,组织结构变得松散,导致涂层剥离。为了探索激光熔覆制备高熵陶瓷涂层的可行性,使用Fluent软件对熔覆过程不同扫描速度、不同功率下的温度场进行数值模拟。模拟结果表明在激光功率700W,扫描速度1.8cm/s,激光半径0.5mm工艺下进行熔覆较为合理,开展实验验证表明高熵陶瓷均匀的熔覆在了基体上,存在不足的是基体受到了一定损伤。
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