第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMCs）被视为新一代航空发动机热端部件的主要候选材料。但在服役环境中，CMCs易受到高温水蒸气、熔盐等介质的腐蚀，从而导致材料性能急剧下降。目前最有效的解决办法是在CMCs表面沉积环境障碍涂层（Environmental Barrier Coating, EBC），以阻碍腐蚀性物质对基体材料的腐蚀。稀土硅酸盐具有高熔点、与CMCs匹配的热膨胀系数、优异的耐蚀性能和相稳定性好等特点，是最具应用潜力的环境障碍涂层材料。等离子体喷涂技术是目前制备环境障碍涂层的主要方法，然而不同稀土硅酸盐涂层在高温腐蚀环境下的结构演变过程、腐蚀规律和耐蚀机制等问题尚未被充分了解。基于此，本项工作采用等离子体喷涂技术制备不同稀土单硅酸盐（RE₂SiO₅, RE = Gd、Y、Er或Yb）涂层，研究其在1400℃水蒸气环境下的腐蚀行为和耐蚀机制。结果表明：高温水氧腐蚀过程中，X2型单斜结构的RE₂SiO₅（RE = Y，Er或Yb，空间群P2₁/c）涂层耐水蒸气腐蚀性能优于X1型单斜结构的Gd₂SiO₅涂层（空间群C2/c），且随着RE³⁺半径减小，涂层耐蚀性增加，其中Yb₂SiO₅涂层耐蚀性最好。四种RE₂SiO₅涂层的腐蚀机制为表面RE₂O₃以及RE₂SiO₅晶粒与水蒸气反应，生成挥发性的RE(OH)₃和Si(OH)₄，使其表面形成单相RE₂SiO₅腐蚀层。本研究结果为稀土硅酸盐环境障碍涂层体系的设计和应用提供科学基础支撑。