安徽工業(yè)大學張世宏教授團隊取得突破性成果！

近日，安徽工業(yè)大學先進金屬材料綠色制備與表面技術(shù)教育部重點實驗室張世宏教授團隊在國際權(quán)威期刊《Corrosion Science》和《Journal of the American Ceramic Society》上發(fā)表航空發(fā)動機和燃氣輪機表面防護的最新研究成果。該校為論文第一單位，團隊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。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃（中韓政府間國際科技創(chuàng)新合作專項）、博士后基金面上項目、安徽省杰出青年基金、安徽省自然科學基金等項目支持。

在航空發(fā)動機服役環(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)動機熱端部件材料的“保護衣”，可以有效提高陶瓷基復合材料耐高溫水氧腐蝕和抗高溫CMAS熔鹽侵蝕的性能，顯著降低陶瓷基復合材料的氧化速率和腐蝕速率，提高陶瓷基復合材料作為航空發(fā)動機熱端部件的服役溫度并延長服役壽命，是先進航空發(fā)動機不可或缺的核心關鍵技術(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成分演變行為）

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

團隊制備出一系列環(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)生的化學反應、滲透和擴散行為、裂紋的萌生和擴展行為等，闡明了YxYb(2?x)Si2O7微觀結(jié)構(gòu)及化學成分演變規(guī)律以及Y3+/Yb3+比對材料性能的影響，結(jié)合光學堿度理論，揭示了YxYb(2?x)Si2O7耐超高溫1475 ℃ CMAS熔鹽腐蝕機制。團隊研發(fā)的YxYb(2-x)Si2O7材料可以提高航空發(fā)動機熱端部件抵抗CMAS熔鹽的腐蝕，具備作為新一代先進環(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，對提升航空裝備的綜合性能和促進“兩機”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）

（接近化學計量比Yb2Si2O7涂層的TEM及其相關區(qū)域的電子衍射）

Yb2Si2O7力學性能優(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重的燒蝕揮發(fā)問題，導致涂層的成分嚴重偏離了粉末材料組成，造成冷熱循環(huán)過程中產(chǎn)生較大的熱應力，嚴重影響高溫防護涂層的服役壽命。團隊研究了等離子噴涂Yb2Si2O7涂層的沉積機理，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計量比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)。