近日，安徽工業(yè)大學(xué)先進(jìn)金屬材料綠色制備與表面技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張世宏教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊《Corrosion Science》和《Journal of the American Ceramic Society》上發(fā)表航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)表面防護(hù)的最新研究成果。該校為論文第一單位，團(tuán)隊(duì)青年教師張振亞博士、薛召露博士分別為第一作者，張世宏教授為論文通訊作者。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（中韓政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作專項(xiàng)）、博士后基金面上項(xiàng)目、安徽省杰出青年基金、安徽省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)服役環(huán)境中，陶瓷基熱端部件面高溫水蒸氣腐蝕、腐蝕介質(zhì)(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)CMAS熔鹽和外物沖擊等惡劣環(huán)境。環(huán)境障涂層作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件材料的“保護(hù)衣”，可以有效提高陶瓷基復(fù)合材料耐高溫水氧腐蝕和抗高溫CMAS熔鹽侵蝕的性能，顯著降低陶瓷基復(fù)合材料的氧化速率和腐蝕速率，提高陶瓷基復(fù)合材料作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的服役溫度并延長(zhǎng)服役壽命，是先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)不可或缺的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。

（CMAS與YxYb(2-x)Si2O7在界面處生成抑制CMAS熔鹽滲透的磷灰石層）

（YxYb(2-x)Si2O7與CMAS熔鹽在熱-力-化環(huán)境中微觀組織和化學(xué)成分演變行為）

（YxYb(2-x)Si2O7與CMAS熔鹽的光學(xué)堿度差異及反應(yīng)層厚度內(nèi)在聯(lián)系）

團(tuán)隊(duì)制備出一系列環(huán)境障涂層YxYb(2?x)Si2O7(x=0.3, 0.5, 0.8, 1.0)硅酸鹽固溶體材料，研究了其在超高溫1475 ℃ CMAS熔鹽環(huán)境中的腐蝕行為，表征了CMAS熔鹽與YxYb(2?x)Si2O7材料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、滲透和擴(kuò)散行為、裂紋的萌生和擴(kuò)展行為等，闡明了YxYb(2?x)Si2O7微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分演變規(guī)律以及Y3+/Yb3+比對(duì)材料性能的影響，結(jié)合光學(xué)堿度理論，揭示了YxYb(2?x)Si2O7耐超高溫1475 ℃ CMAS熔鹽腐蝕機(jī)制。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的YxYb(2-x)Si2O7材料可以提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件抵抗CMAS熔鹽的腐蝕，具備作為新一代先進(jìn)環(huán)境障涂層的潛力。該研究為環(huán)境障涂層在超高溫CMAS環(huán)境中的服役提供了一種新的方案，對(duì)提升航空裝備的綜合性能和促進(jìn)“兩機(jī)”的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

（不同含量Yb2Si2O7-SiO2粉末組成制備的Yb2Si2O7涂層的XRD圖譜）

（接近化學(xué)計(jì)量比Yb2Si2O7涂層的TEM及其相關(guān)區(qū)域的電子衍射）

Yb2Si2O7力學(xué)性能優(yōu)異，熱膨脹系數(shù)與Si粘結(jié)層及SiC-CMCs基體相匹配，是一種很有應(yīng)用前景的環(huán)障涂層候選材料。盡管Yb2Si2O7材料具有優(yōu)異的性能，但是由于Yb2Si2O7在高溫等離子焰流中存在嚴(yán)重的燒蝕揮發(fā)問題，導(dǎo)致涂層的成分嚴(yán)重偏離了粉末材料組成，造成冷熱循環(huán)過程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，嚴(yán)重影響高溫防護(hù)涂層的服役壽命。團(tuán)隊(duì)研究了等離子噴涂Yb2Si2O7涂層的沉積機(jī)理，掌握了微觀組織和相結(jié)構(gòu)精確控制技術(shù)，通過調(diào)控噴涂工藝參數(shù)和噴涂粉末材料特性，解決了等離子噴涂過程中的SiO2揮發(fā)問題，制備出微觀組織致密且接近化學(xué)計(jì)量比Yb2Si2O7涂層。該研究為利用大氣等離子噴涂技術(shù)制備“純”硅酸鹽層提供了技術(shù)支撐和理論依據(jù)。