稀土氧化锆基热障涂层的双相屏障形成机制及其对CMAS-E诱导晶界腐蚀的抑制作用

（推荐语）本研究系统比较了YSZ（氧化钇稳定氧化锆）、RSZ（多稀土稳定氧化锆）和GZO（锆酸钆）涂层在低钙硅比环境沉积物（CMAS-E）腐蚀下的行为，揭示了GZO通过形成致密双相（磷灰石+富钆萤石相）屏障的"自牺牲"反应机制，其优异抗腐蚀性源于Gd3+的高含量与熔体间的光学碱度差，为设计耐腐蚀热障涂层（TBCs）提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过系统比较YSZ、多稀土稳定氧化锆（RSZ）和锆酸钆（GZO）涂层在1300°C下受环境沉积物（CMAS-E）侵蚀的行为，揭示了不同涂层材料在CMAS-E独特成分特征下的差异化失效机制，证明了材料组成对腐蚀机制和保护性能的显著影响。主要发现如下：

材料制备与涂层沉积

选用304不锈钢基板（20×80×3 mm³），商用陶瓷粉末包括YSZ（Metco 204B-NS）、RSZ和GZO（Gd₂Zr₂O₇），所有粉末使用前经200-500目筛网筛选。

喷涂态涂层的微观结构

激光共聚焦显微镜三维表征显示：YSZ涂层表面粗糙度最低（Sa≈6.41 μm），RSZ为7.69 μm，GZO达7.85 μm，均呈现典型大气等离子喷涂（APS）的熔融颗粒堆叠特征。

结论

1. 1.

   YSZ和RSZ涂层通过晶界主导机制失效，熔体沿缺陷渗透形成不连续锆产物，导致深度渗透和严重应力弯曲；

2. 2.

   GZO涂层通过均匀表面反应生成连续的磷灰石-富钆萤石双相屏障，其"自牺牲"机制由GZO与酸性CMAS-E熔体的光学碱度差及高Gd³⁺含量驱动；

3. 3.

   该研究为通过界面反应调控设计高环境耐久性TBCs提供了理论基础。