基于ID-APS技术TYHO/8YSZ耐烧蚀涂层的制备与性能研究

詹春晖; 陈烙印; 王攀; 段士昌; 徐剑盛; 柴雍

doi:10.13957/j.cnki.tcxb.2025.02.010

陶瓷学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (02) : 319 -328. DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2025.02.010

基于ID-APS技术TYHO/8YSZ耐烧蚀涂层的制备与性能研究

詹春晖, 陈烙印, 王攀, 段士昌, 徐剑盛, 柴雍

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摘要

高温防护涂层能为高温下使用的金属材料提供有效的抗氧化腐蚀防护，已被广泛应用于航空航天、能源、石油化工等领域。其中，具有代表性的应用是在飞机、舰船、航天发动机和地面发电用的各种燃气涡轮发动机上。为了提高某火箭分离发动机壳体、喷管等零件耐高温高速燃气烧蚀能力，就喷涂技术制备陶瓷基热防护涂层进行了制备工艺和性能研究。采用内孔大气等离子喷涂技术（ID-APS）在GH2747基材表面分别制备了不同厚度的8YSZ和Ta₂O₅-Y₂O₃-HfO₂（TYHO）/8YSZ复合耐烧蚀涂层，并对比研究了不同厚度涂层在不同时间下耐等离子火焰烧蚀情况，同时测试了涂层的拉伸结合强度、抗水冷热震性能、导热系数和隔热性能。结果表明：通过ID-APS技术在GH2747表面制备的TYHO/8YSZ耐烧蚀复合涂层结合强度可达到20.67 MPa以上，1100℃水冷热震10次后涂层完好。等离子火焰烧蚀后TYHO/8YSZ涂层面层主要由m-YTaO₄和少量的单斜相HfO₂组成，3种厚度TYHO/8YSZ复合涂层经等离子火焰烧蚀5 s后，宏观形貌均未有涂层熔融或脱落现象，复合涂层耐等离子烧蚀性能明显优于传统8YSZ涂层，1100℃下隔热温度较8YSZ涂层提高91℃。采用ID-APS技术在火箭分离发动机壳体、喷管内壁进行TYHO/8YSZ复合涂层制备的工艺可行，涂层可靠性、耐烧蚀和隔热性能满足某航天火箭发动机零件应用需求。