導(dǎo)讀：熱障涂層技術(shù)是“兩機(jī)”（航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)）領(lǐng)域的三大核心技術(shù)之一。在熱端合金部件表面涂敷高熔點(diǎn)、低熱導(dǎo)率、耐腐蝕的熱障涂層，可有效降低合金表面溫度80 °C～150 °C。傳統(tǒng)大氣等離子噴涂制備的熱障涂層（TBCs）陶瓷層為層狀多孔結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)異的隔熱性能。然而，隨著新一代發(fā)動(dòng)機(jī)服役環(huán)境的擴(kuò)展，火山灰、沙塵等環(huán)境雜質(zhì)在高溫部件表面沉積，并在高溫下熔融形成CMAS（CaO-MgO-Al?O?-SiO?）熔鹽，沿陶瓷層孔隙滲透，導(dǎo)致涂層結(jié)構(gòu)損傷和性能退化，難以滿足更廣泛的服役需求。

針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地采用納秒脈沖激光對(duì)等離子噴涂制備的Gd?Zr?O?（GZO）陶瓷涂層進(jìn)行表面重構(gòu)，在涂層表面成功構(gòu)建出“微柱狀+致密層”雙重防護(hù)結(jié)構(gòu)，并揭示了激光誘導(dǎo)等離子體作用下陶瓷氣-固相不同取向轉(zhuǎn)變的機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)使CMAS滲透深度較傳統(tǒng)等離子噴涂涂層降低了約三分之二，顯著提升了涂層的抗腐蝕性能。該研究為非真空條件下低成本制備微觀柱狀陶瓷結(jié)構(gòu)提供了新思路。

相關(guān)成果以“Formation mechanisms of columnar/dense structure for Gd2Zr2O7 ceramics coatings with superior CMAS corrosion resistance”為題發(fā)表于腐蝕領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Corrosion Science》（中科院1區(qū)，IF=8.5）。蘭州理工大學(xué)省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文第一完成單位，碩士研究生鄭光彬?yàn)橹饕瓿扇?，李文生教授為通訊作者?/p>

本研究由蘭州理工大學(xué)省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合布朗大學(xué)、蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)共同完成，并獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（52462010）、甘肅省杰出青年基金（25JRRA055）、甘肅省重大項(xiàng)目（23ZDGA010, 24ZD13GA018）及國(guó)家“111”計(jì)劃等項(xiàng)目資助。蘭州理工大學(xué)林巧力教授在潤(rùn)濕性能測(cè)試分析方面提供了重要支持。

論文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113348

Bo Cheng, Guangbin Zheng, Dong Hou , Chengyun Ding, Qianqian Chu, Li Feng, Guosheng An, Xinjian Zhang, Lan Sun, Haoteng Sun, Wensheng Li, Formation mechanisms of columnar/dense structure for Gd2Zr2O7ceramics coatings with superior CMAS corrosion resistance, Corrosion Science, 2025, 257, 113348

圖1 激光改性設(shè)備與工藝示意圖

圖2 激光功率對(duì)GZO涂層表面枝晶生長(zhǎng)的影響（相場(chǎng)模擬）

圖3 激光重熔GZO涂層在重疊率為（a）96.00%、（b）92.00%、（c）88.00%和（d）60.00%的表面形貌

圖4 激光改性后涂層表面形貌與3D輪廓：（a-c）原始APS涂層；（d-f）8 W激光改性；（g-i）14 W激光改性

圖5 涂層截面SEM圖像：（a-b）原始APS；（c-d）8 W致密結(jié)構(gòu)；（e-f）14 W柱狀/致密復(fù)合結(jié)構(gòu)

圖6 噴涂態(tài)涂層（PS）、激光改性致密結(jié)構(gòu)（LRDS）及激光改性柱狀結(jié)構(gòu)（LRCS）的典型納米壓痕載荷-位移曲線；(b) PS、LRDS、LRCS 的硬度；(c) PS、LRDS、LRCS 的彈性模量；(d) 不同激光功率處理涂層的表面粗糙度參數(shù)（Sa、Sq、Sz）；(e) PS、LRDS、LRCS 的 XRD 圖譜

圖7 高溫CMAS潤(rùn)濕角測(cè)試結(jié)果：（a-c）原始涂層；（d-f）激光改性涂層

圖8 CMAS腐蝕后截面與腐蝕深度統(tǒng)計(jì)：（a-c）1 h腐蝕；（d-f）4 h腐蝕；（g）腐蝕產(chǎn)物XRD；（h）腐蝕速率對(duì)比

圖9 激光改性過(guò)程中（a-d）致密結(jié)構(gòu)和（a，e-k）致密/柱狀雙結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制示意圖

本文來(lái)自“材料科學(xué)與工程”公眾號(hào)，感謝作者團(tuán)隊(duì)支持