● 摘要
采用大气等离子喷涂技术制备了纳米改性Y2O3稳定ZrO2热障涂层(YSZ)。通过在YSZ热障涂层中添加La2O3、La2O3+TiO2 混合物对纳米涂层进行改性。两种纳米氧化物掺杂改性的YSZ涂层原料为5wt%La2O3-5.4wt%Y2O3-ZrO2 (5LaYSZ) 和5wt%La2O3-3wt%TiO2 5.4wt%Y2O3-ZrO2 (5La3TiYSZ)。通过喷雾干燥法将其团聚成30-70µm的颗粒。采用超音速火焰喷涂技术在基体上喷涂成分为Ni-25Cr-5Al-0.5Y的粘结层。采用大气等离子喷涂技术喷涂5LaYSZ 和 5La3TiYSZ陶瓷层。采用激光脉冲法测量涂层的热扩散系数，使用阿基米德原理测量涂层密度，然后计算从室温到1200 oC涂层的热导率。采用X射线衍射法研究涂层的相组成。采用扫描电子显微镜来研究喷雾干燥粉末的颗粒形貌及制备态涂层的微观结构。采用透射电子显微镜测量晶粒尺寸和其他微观结构，对选定区域进行了电子衍射研究。5LaYSZ 和 5La3TiYSZ涂层都具有由熔化区、纳米区、层状结构、纳米孔洞和微裂纹组成的双态组织。掺杂一种氧化物和两种掺杂物均降低YSZ的热导率。制备态5LaYSZ 和 5La3TiYSZ涂层是由四方相组成。5LaYSZ制备态涂层中未发现m-ZrO2和La2O3相。然而5La3TiYSZ涂层在四方相ZrO2峰附近有TiO的峰出现。透射电子显微镜研究表明制备态涂层晶粒尺寸在30-70nm区间。实验测得：900oC 下5LaYSZ的最低热导率是0.839 W/m.K，600oC时5La3TiYSZ为1.075 W/m.K。，5LaYSZ的热导率比5La3TiYSZ、纳米YSZ和未掺杂YSZ涂层的低。5LaYSZ 和 5La3TiYSZ具有较低的热导率是由于点缺陷和晶界声子散射。热导率降低是因为纳米结构和La2O3掺杂共同影响的结果。1050oC下，5LaYSZ的热循环寿命是900h，5La3TiYSZ寿命是500h。 5LaYSZ 和5La3TiYSZ涂层失效位置在靠近陶瓷层和TGO的界面附近。5LaYSZ失效后的TGO比5La3TiYSZ的要厚。5LaYSZ 和5La3TiYSZ涂层中均发现了TGO的破坏和尖晶石层。5La3TiYSZ的较快失效的原因是陶瓷层和基体的热膨胀系数不匹配比5LaYSZ更大。