熱障涂層 （TBCs） 是一種高溫防護(hù)涂層，主要由抗高溫氧化的合金粘結(jié)層和起隔熱作用的陶瓷面層組成。上世紀(jì)40年代末50年代初，美國宇航局 （NASA） 首次提出了這一概念。1963年普惠公司首次把TBCs用在JT8D型燃?xì)廨啓C(jī)的火焰筒中。如今，TBCs已廣泛應(yīng)用于地面燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室、尾噴管和其他熱端部件的高溫防護(hù)。

6%~8% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2（YSZ） 熱導(dǎo)率低、熱膨脹系數(shù)大、抗熱沖擊性能好，是目前廣泛使用的TBCs陶瓷表層材料。但是，YSZ的使用一般僅限于清潔能源，并且工作溫度高于1200 ℃時(shí)，相變形成約4%體積變化會(huì)導(dǎo)致涂層開裂失效。同時(shí)，YSZ極易燒結(jié)及晶粒長大，導(dǎo)致涂層熱導(dǎo)率上升、楊氏模量增大，從而加速涂層的剝落失效。

研究表明，YSZ的熱腐蝕已成為除高溫氧化外導(dǎo)致TBCs失效的另一種主要因素。YSZ的熱腐蝕主要有：S、V、Na熔鹽腐蝕和CMAS腐蝕。現(xiàn)在的燃?xì)廨啓C(jī)使用的燃料為天然氣，不可避免地含有V、S、Na等雜質(zhì)，以Na2SO4和NaVO3形式沉積在渦輪葉片上。高溫下，YSZ中的Y2O3會(huì)與這些熔鹽發(fā)生反應(yīng)失去相穩(wěn)定作用，產(chǎn)生相變應(yīng)力，導(dǎo)致涂層開裂失效。因此，發(fā)展新型抗熱腐蝕的陶瓷層材料是目前TBCs研究的一個(gè)重要方向。

本文基于穩(wěn)定劑種類重點(diǎn)總結(jié)了不同氧化物改性的ZrO2陶瓷涂層抗Na2SO4+NaVO3熱腐蝕性能，以及提高陶瓷層材料耐腐蝕性能的理論和方法，對設(shè)計(jì)長壽命、高可靠性的新型TBCs材料具有指導(dǎo)意義。

1 不同氧化物改性的ZrO2陶瓷涂層抗Na2SO4+NaVO3熱腐蝕性能

基于傳統(tǒng)YSZ涂層耐Na2SO4+NaVO3熱腐蝕性能較差的情況，國內(nèi)外研究人員針對ZrO2進(jìn)行了大量的稀土氧化物或其他氧化物的摻雜改性研究，來提高其耐腐蝕性能。摻雜方式可分為單元摻雜、二元摻雜和多元摻雜，摻雜的氧化物主要包括CeO2，La2O3，Sc2O3，In2O3，Ta2O5，TiO2，Gd2O3和Yb2O3等。

1.1 單元摻雜

在Y2O3摻雜ZrO2的體系中，6%~8%Y2O3熱循環(huán)壽命最好，如圖1所示。Miller提出增加YSZ中Y2O3的含量，可以推遲m-ZrO2的形成，提高涂層耐熔鹽熱腐蝕能力。但是涂層力學(xué)性能較差，容易脫落。TBCs材料的選擇有嚴(yán)格的限制，其中高溫下的力學(xué)性能決定著陶瓷層材料的性能與實(shí)際應(yīng)用。在過去的30多年里，6%~8%Y2O3穩(wěn)定的ZrO2陶瓷涂層由于其綜合性能最好，一直占據(jù)主導(dǎo)地位。

Jones等研究了CeO2-ZrO2（CSZ） 熔鹽熱腐蝕性能，認(rèn)為CeO2在Na2SO4和NaVO3中的高溫?zé)岣g性能好于Y2O3，是因?yàn)镃eO2的酸性更強(qiáng)。但是Ce4+容易變價(jià)，會(huì)加速涂層燒結(jié)，涂層產(chǎn)生裂紋的可能性增大。并且，有研究指出，CeO2穩(wěn)定的ZrO2在NaVO3的作用下與YSZ發(fā)生相變失穩(wěn)的速度相當(dāng)。雖然CeO2與NaVO3不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但腐蝕后同樣可以在陶瓷表面產(chǎn)生Ce的氧化物，因此NaVO3也能破壞CSZ的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這一作用被稱為釩酸鹽的礦化作用。礦化作用指的是一些化合物容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如硼酸鹽、氧化硅和釩酸鹽，這些化合物在熔融狀態(tài)下具有很強(qiáng)的溶解能力，能將很多穩(wěn)定化合物溶解生成玻璃狀的產(chǎn)物，溫度越高礦化作用越強(qiáng)。

Jones研究了Sc2O3-ZrO2 （即穩(wěn)定劑Sc2O3含量為100%） 分別在Na2SO4/SO3和NaVO3下的耐腐蝕能力，認(rèn)為Sc不與這些熔鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，未檢測到腐蝕產(chǎn)物，對熔鹽的腐蝕作用有很好的抵抗能力。又通過改變Sc含量對Sc2O3-Y2O3-ZrO2（ScYSZ） 的抗NaVO3熱腐蝕性能進(jìn)行進(jìn)一步研究，結(jié)果表明Sc2O3-ZrO2的耐腐蝕能力反而不如含少量Y2O3的，如圖2所示。另外，Sc2O3價(jià)格昂貴，使用部分Y2O3替代Sc2O3作為ZrO2的穩(wěn)定劑不僅能提高涂層的耐腐蝕能力，還能降低涂層的制造成本。同時(shí)由于多種稀土陽離子的聲子散射作用，還能降低涂層的熱導(dǎo)率。因此，ScYSZ有望成為新的TBCs陶瓷涂層的候選材料。

由于In2O3的酸性比Sc2O3更強(qiáng)，Jones等[14]也研究了In2O3的抗釩酸鹽腐蝕能力，指出In2O3對釩酸鹽有著最好的抵抗能力，但是In2O3在噴涂過程中易揮發(fā)，涂層穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生較多m-ZrO2。并且和CeO2-ZrO2一樣，NaVO3對In2O3-ZrO2也有礦化作用。NaVO3與In2O3不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕后的In2O3-ZrO2涂層表面沒有InVO4或其它明顯的反應(yīng)產(chǎn)物，但該涂層仍易失效破壞。另外，研究[15]表明，In2O3和CeO2這些結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑雖然耐腐蝕能力好于Y2O3，但它們對ZrO2的穩(wěn)定能力不如Y2O3，CeO2-ZrO2或In2O3-ZrO2的力學(xué)性能也不如YSZ的。這表明，在穩(wěn)定劑的選擇上，Lewis酸堿理論可作為提高涂層耐腐蝕性能的理論指導(dǎo)，但在涂層的實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)對穩(wěn)定劑的物理、化學(xué)性質(zhì)以及復(fù)合氧化物的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行綜合考量。

單元摻雜的涂層材料可能在耐腐蝕性能方面超過YSZ，但其他性能往往很差，而且優(yōu)勢往往無法彌補(bǔ)其缺陷。二元、多元稀土氧化物復(fù)合摻雜的ZrO2陶瓷能在一定程度上彌補(bǔ)單元摻雜的不足。

1.2 二元摻雜

Pidani等使用等離子噴涂 （PS） 制備了25% CeO2-2.5%Y2O3-ZrO2（CYSZ） 涂層，研究其在1000 ℃下耐45%Na2SO4+55%V2O5腐蝕性能，認(rèn)為該涂層的耐腐蝕性能比YSZ更好，原因是CeO2有著比Y2O3更強(qiáng)的酸性而與酸性腐蝕環(huán)境反應(yīng)傾向更弱；并且該體系的穩(wěn)定劑含量高，故相穩(wěn)定性相對較好。同時(shí)，該研究結(jié)果表明，YSZ在腐蝕12 h后m-ZrO2含量為90%，CYSZ腐蝕30 h后m-ZrO2含量達(dá)到86%，說明CYSZ相對YSZ有著更好的耐腐蝕能力，但實(shí)際上其耐腐蝕能力仍然較差。圖3是YSZ和CYSZ在分別腐蝕12和30 h后的涂層表面的X射線衍射譜 （XRD）。從圖3b可見，CYSZ腐蝕后在涂層表面檢測到大量CeO2，可能與NaVO3對CeO2強(qiáng)烈的礦化作用有關(guān)，這與前面分析單元摻雜CSZ的結(jié)果一致。

由于良好的耐腐蝕性能和高溫相穩(wěn)定性能，Sc2O3的摻雜改性近年來受到國內(nèi)外學(xué)者們的青睞。摻雜Sc2O3提高YSZ的抗Na2SO4+NaVO3熱腐蝕性能可以概括為三方面的作用：（1） Sc2O3的添加可以顯著提高YSZ的高溫相穩(wěn)定性。Liu等研究認(rèn)為，8.8%Sc2O3-1%Y2O3-ZrO2在1500 ℃下保溫300 h仍然保持優(yōu)良的相穩(wěn)定性。（2） 由于Sc2O3不與Na2SO4、NaVO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，熱腐蝕后，有更多的穩(wěn)定劑被保存下來，提高了ZrO2陶瓷的穩(wěn)定能力，因此有更好的耐熱腐蝕能力。Liu等[8]進(jìn)一步研究了8.8%Sc2O3-1%Y2O3-ZrO2涂層在1000 ℃下抗Na2SO4+V2O5熱腐蝕性能，腐蝕過程中未觀察到腐蝕產(chǎn)物YVO4，ScYSZ具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和相穩(wěn)定性，ScYSZ與YSZ中的t′-ZrO2、m-ZrO2含量對比如圖4所示。（3） ScYSZ與YSZ涂層在Na2SO4+V2O5高溫?zé)岣g環(huán)境下t′-ZrO2相失穩(wěn)機(jī)制不同，對于ScYSZ，含V化合物 （NaVO3、V2O5） 的礦化作用導(dǎo)致穩(wěn)定劑Sc2O3、Y2O3溶解，t′相發(fā)生相變產(chǎn)生應(yīng)力；而YSZ是因?yàn)槿廴邴}與Y2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成腐蝕產(chǎn)物YVO4導(dǎo)致涂層破壞[8]。YSZ的相變既是一個(gè)熱力學(xué)過程又是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過程，無論采用哪種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑也無法將其長期相變溫度提高到1200 ℃以上。ScYSZ具有更好的相穩(wěn)定性及優(yōu)異的抗熔融硫酸鹽、釩酸鹽腐蝕能力。該材料對耐高溫腐蝕涂層的研究具有重要價(jià)值，但Sc2O3價(jià)格昂貴，進(jìn)一步減少Sc2O3的用量或探索新材料的成分設(shè)計(jì)意義重大。

Habibi等研究了Ta2O5-Y2O3-ZrO2 （TaYSZ） 在1100 ℃下的Na2SO4+V2O5的熱腐蝕機(jī)理。結(jié)果表明，TaYSZ樣品經(jīng)過80 h腐蝕后，只生成少量的腐蝕產(chǎn)物NaTaO3、TaVO5、Ta9VO25、和YVO4，而YSZ樣品在腐蝕40 h后便開裂失效，表明TaYSZ比YSZ有更好的耐熔鹽熱腐蝕效果。研究表明，盡管Ta5+在ZrO2晶格中的固溶度非常有限，但在Ta2O5和Y2O3共摻雜情況下，Ta5+與Y3+在固溶體發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用產(chǎn)生一種高穩(wěn)定相YTaO4，YTaO4在ZrO2晶格中的固溶度比單獨(dú)的Ta5+或Y3+大得多，因此大大降低了Y2O3與NaVO3/V2O5之間反應(yīng)的可能性。另一方面，涂層成分與釩酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸堿規(guī)律符合Lewis酸堿理論，如表1所示，表中的氧化物和釩酸鹽從上至下，從左至右酸性依次增強(qiáng)。Na2SO4與V2O5在高溫下反應(yīng)生成NaVO3，單獨(dú)的NaVO3呈堿性，會(huì)與酸性最強(qiáng)的Ta2O5優(yōu)先反應(yīng)，也保留了Y2O3的穩(wěn)定效果。這表明TaYSZ對Na2SO4+V2O5的熱腐蝕也具有良好的抵抗能力，可對該體系作進(jìn)一步研究。

Habibi等研究報(bào)道了TiO2-Y2O3-ZrO2 （TiYSZ） 中的t′相含量比YSZ中的高。TiO2是少有的不以犧牲相穩(wěn)定性為代價(jià)，卻可以提高固溶體中t′-ZrO2含量的摻雜劑。他們也分別研究了5.4%~7%Y2O3-ZrO2 （YSZ）、30%CeO2-4.1%Y2O3-ZrO2 （CSZ）、11.4% TiO2-18%Y2O3-ZrO2 （TiYSZ） 在1050 ℃下耐Na2SO4+V2O5熱腐蝕性能。認(rèn)為3種材料中TiYSZ的耐熱腐蝕性能最好，雖然有腐蝕產(chǎn)物TiVO4生成，卻沒有出現(xiàn)YVO4和m-ZrO2。YSZ和CSZ經(jīng)Na2SO4+V2O5熱腐蝕后產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物為體積粗大、數(shù)量多的棒狀YVO4和CeVO4，而TiYSZ熱腐蝕后產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物為體積小，數(shù)量少的樹突狀TiVO4。值得注意的是，TiYSZ體系中Y2O3含量較高 （18%），卻無腐蝕產(chǎn)物YVO4，說明該體系在Na2SO4+V2O5熔鹽中有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。3種材料的腐蝕產(chǎn)物掃描電鏡 （SEM） 形貌圖如圖5和6所示。至于摻雜高含量Y2O3卻無腐蝕產(chǎn)物YVO4產(chǎn)生的原因還沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，因此TiYSZ體系的抗Na2SO4+V2O5熱腐蝕機(jī)理仍需進(jìn)一步明確。

1.3 多元摻雜

稀土鋯酸鹽和鈰酸鹽 （Re2（Zr/Ce）2O7） 材料因其很好的相穩(wěn)定性、低熱導(dǎo)率、抗燒結(jié)等特點(diǎn)成為國內(nèi)外開發(fā)新TBCs材料的研究熱點(diǎn)。尤其是La2（Zr0.7Ce0.3）2O7（LZ7C3） 有著非常低的熱導(dǎo)率和優(yōu)良的抗燒結(jié)性能。Xu等使用電子束物理氣相沉積 （EB-PVD） 制備了3%Y2O3-LZ7C3涂層材料，并對該涂層進(jìn)行900 ℃下100 h的Na2SO4+V2O5熔鹽熱腐蝕實(shí)驗(yàn)。研究表明，該體系對V2O5有著相對較好的耐腐蝕能力。稀土元素的原子半徑和離子半徑隨原子序數(shù)的增加而逐漸減小的現(xiàn)象稱為鑭系收縮，從La到Y(jié)原子序數(shù)逐漸增加，原子失去電子的趨勢減小，稀土的金屬性從La到Y(jié)遞減，故La2O3的堿性比Y2O3強(qiáng)，La2O3優(yōu)先與酸性V2O5反應(yīng)，保護(hù)了Y2O3。但是該體系在Na2SO4熔鹽下反應(yīng)生成腐蝕產(chǎn)物 （YxLa1-x）2O2SO4，在Na2SO4+V2O5混合融鹽下反應(yīng)生成腐蝕產(chǎn)物L(fēng)aVO4、YVO4、m-ZrO2和CeO2，導(dǎo)致Y2O3和La2O3析出，涂層發(fā)生相變，因此3%Y2O3-LZ7C3在這兩種腐蝕介質(zhì)下耐腐蝕能力都很一般。這表明，涂層的耐腐蝕能力與腐蝕劑的相對酸堿度有關(guān)。

Guo等研究了2.7%Gd2O3-3%Yb2O3-6%Y2O3-ZrO2 （GdYbYSZ） 陶瓷塊材分別在700，800，900和1000 ℃下保溫4 h條件下的耐Na2SO4+V2O5熱腐蝕性能。結(jié)果表明，溫度對腐蝕產(chǎn)物幾乎沒有影響，但隨著溫度升高，m-ZrO2含量也隨著增加。在相同腐蝕條件下，GdYbYSZ比YSZ生成更少量的m-ZrO2，有相對更好的耐熱腐蝕能力，原因是Yb2O3酸性比Y2O3和Gd2O3更強(qiáng)，在酸性釩酸鹽腐蝕環(huán)境中，Y2O3和Gd2O3更易和熔鹽發(fā)生反應(yīng)，從而保留了Yb2O3的穩(wěn)定作用。

ZrO2涂層的摻雜改性研究已歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，使用單元摻雜尋求綜合性能優(yōu)良的耐腐蝕涂層材料已不太可能。近年來研究者們將目光更多地投向了二元、多元摻雜，可以預(yù)測這也是未來TBCs摻雜改性的研究趨勢。

2 TBCs耐Na2SO4+NaVO3熱腐蝕機(jī)理

TBCs因其復(fù)雜的自身結(jié)構(gòu)、微組織成分和服役環(huán)境，決定了其破壞機(jī)制的多樣性。典型的YSZ熱障涂層結(jié)構(gòu)如圖7所示。迄今為止，國內(nèi)外研究人員對影響TBCs使用壽命的因素進(jìn)行了大量的研究與報(bào)道，概括起來有：陶瓷表層與金屬基底熱膨脹失配、粘結(jié)層的高溫氧化與腐蝕、陶瓷表層相變、金屬基底的粗糙度及陶瓷表層高溫?zé)Y(jié)等。目前，對稀土復(fù)合摻雜YSZ在高溫熔鹽下的失效機(jī)制研究還不是很多，下面對TBCs的耐Na2SO4+NaVO3熱腐蝕機(jī)理作一概述。

YSZ涂層作為綜合性能最好的陶瓷涂層材料，可以顯著提高燃?xì)廨啓C(jī)的工作溫度及熱效率。但是，YSZ在1200 ℃以上容易發(fā)生相變，限制了其在更高工作溫度下的使用。實(shí)際上，在1100 ℃以上，YSZ涂層的顯微結(jié)構(gòu)就已經(jīng)發(fā)生明顯變化。一方面，t′四方相在高溫環(huán)境中會(huì)因?yàn)閅2O3的擴(kuò)散而形成Y2O3含量高的c相和Y2O3含量低的t相，t相在隨后的冷卻過程中會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閙相，導(dǎo)致晶格發(fā)生約4%的膨脹，產(chǎn)生相變應(yīng)力。另一方面，YSZ中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑Y2O3會(huì)與燃?xì)廨啓C(jī)中的燃料雜質(zhì)硫酸鹽、釩酸鹽和鈉鹽反應(yīng)，使Y2O3從ZrO2晶格中析出，降低了ZrO2的相穩(wěn)定性，也會(huì)發(fā)生相變。目前，YSZ熔鹽熱腐蝕機(jī)理研究大多集中在穩(wěn)定劑與Na2SO4、NaCl、Na3VO4或V2O5的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。

研究人員指出，Na2SO4與Y2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)須滿足10-3~10-4級(jí)別的SO3分解壓，所以通常認(rèn)為在大氣環(huán)境中單獨(dú)的Na2SO4不與Y2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。眾多研究表明，與Y2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使涂層失去穩(wěn)定性的是釩酸鹽，反應(yīng)方程式如下：

Y2O3也可與V2O5直接發(fā)生反應(yīng)：

以上化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致YSZ中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑Y2O3被消耗，ZrO2發(fā)生t→m相變，晶格產(chǎn)生巨大膨脹使涂層脫落。

在Na2SO4熔鹽環(huán)境中，ZrO2也會(huì)和反應(yīng) （2） 中產(chǎn)生的Na2O或Na2SO4分解產(chǎn)生的Na2O發(fā)生反應(yīng)，ZrO2被堿性溶解，反應(yīng)方程式如下：

隨后，Na2ZrO3溶解在熔鹽中飽和后析出。由于YSZ被溶解，導(dǎo)致YSZ粉末顆粒出現(xiàn)松散現(xiàn)象；其次，Na2ZrO3也會(huì)在涂層的空隙與裂紋中結(jié)晶，產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致涂層脫落。

另一方面，對合金基底起保護(hù)作用的熱生長氧化物 （TGO） 致密層會(huì)被Na2O堿性溶解，反應(yīng)方程式如下：

反應(yīng)產(chǎn)物Na2NiO2和NaAlO2會(huì)溶解在熔鹽中，反應(yīng)方程式如下：

Na2CrO4是一種穩(wěn)定的氧化物，不會(huì)再分解，因此可在一定程度上抑制其他氧化物的堿性溶解。

可見，TGO致密層被Na2SO4腐蝕后生成氧化物NiO、Al2O3和Na2CrO4。這些氧化物呈現(xiàn)疏松多孔的結(jié)構(gòu)特征。疏松氧化層的增厚，以及冷卻過程中的熱膨脹不匹配，導(dǎo)致疏松層內(nèi)部積累相當(dāng)大的壓應(yīng)力，引起疏松氧化層的破碎，最終導(dǎo)致涂層脫落。

另外，Na2SO4熔鹽也會(huì)通過YSZ-TGO滲透進(jìn)入粘結(jié)層，與粘結(jié)層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致粘結(jié)層硫化。尤其是EB-PVD制備的涂層，柱狀晶之間存在的間隙和孔洞往往都是從涂層的表面延伸到其根部，使Na2SO4更易滲入，導(dǎo)致TGO層下生成疏松的硫化物層，TGO層與硫化物層之間存在裂紋。過厚的硫化物層將導(dǎo)致涂層剝落。

TBCs在制備過程中，表面會(huì)有空隙和裂紋。這些空隙和裂紋對涂層的熱導(dǎo)率和應(yīng)力釋放有著積極作用。Na2SO4雖然不與Y2O3直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但Ramachandra等和Batista等研究指出，熔融Na2SO4會(huì)沿著這些擴(kuò)散通道進(jìn)入涂層內(nèi)部，冷卻過程中發(fā)生凝固，熱循環(huán)后Na2SO4膨脹系數(shù)較大，這些空隙和裂紋產(chǎn)生擴(kuò)展應(yīng)力，對涂層產(chǎn)生物理破壞。

礦化作用也是影響涂層耐熱腐蝕性能的一個(gè)重要因素。這一機(jī)制最先由Tani等在CSZ體系中提出，認(rèn)為CeO2可以與NaVO3發(fā)生礦化作用，破壞CSZ的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Liu等[8]在研究ScYSZ體系的抗Na2SO4+V2O5熱腐蝕性能中指出，導(dǎo)致涂層性能退化有兩個(gè)方面：一是與Y2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，二是NaVO3和V2O5的協(xié)同礦化作用將Sc2O3溶解。Dong等研究Sr （Y0.05Yb0.05Zr0.9）O2.95（SrYbYSZ） 抗Na2SO4、V2O5、Na2SO4+V2O5熱腐蝕機(jī)理時(shí)認(rèn)為，SrYbYSZ陶瓷在900，950和1000 ℃均不與Na2SO4發(fā)生反應(yīng)，認(rèn)為是Na2SO4的礦化作用導(dǎo)致腐蝕層厚度隨著腐蝕溫度的升高而增加。但是迄今為止，對礦化作用導(dǎo)致涂層破壞的機(jī)理仍然了解的不夠深入。

綜上所述，涂層的腐蝕包括涂層成分與腐蝕劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或礦化作用，以及熔融態(tài)的腐蝕劑對涂層的物理破壞。由于TBCs自身的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的服役環(huán)境，決定了其在硫酸鹽、釩酸鹽下腐蝕機(jī)制的復(fù)雜性。不同的摻雜劑、不同的工作溫度，占主導(dǎo)作用的腐蝕機(jī)制也可能不同。Lewis酸堿理論可以作為摻雜劑選擇上的理論指導(dǎo)，但同時(shí)也需考慮燃料中雜質(zhì)含量、種類、腐蝕介質(zhì)的相對酸堿度、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境等因素。在設(shè)計(jì)TBCs材料時(shí)，這些都應(yīng)系統(tǒng)考慮。

3 結(jié)論與展望

（1） 探索新的稀土復(fù)合摻雜ZrO2陶瓷材料，提高涂層的抗Na2SO4+NaVO3熱腐蝕性能對未來TBCs的發(fā)展意義重大。目前，TBCs主要應(yīng)用在航空燃?xì)廨啓C(jī)上，在海面艦艇和陸地燃?xì)廨啓C(jī)以及柴油動(dòng)力方面應(yīng)用得少，部分原因就是YSZ在這樣的服役環(huán)境下不耐熱腐蝕。研究新的耐熱腐蝕涂層材料不僅可以擴(kuò)大TBCs的應(yīng)用領(lǐng)域，還能降低追求清潔燃料的使用成本。

（2） 由于YSZ的綜合性能最好，提高TBCs的抗Na2SO4+NaVO3熱腐蝕性能，仍需在此基礎(chǔ)上對材料進(jìn)行成分優(yōu)化，可以預(yù)測二元、多元摻雜將會(huì)成為主流趨勢。

（3） 二元、多元摻雜改性ZrO2陶瓷涂層具有更優(yōu)異的耐Na2SO4+NaVO3熱腐蝕性能。在改善涂層抗熔鹽熱腐蝕的摻雜劑選擇上，可重點(diǎn)關(guān)注Sc2O3、Ta2O5或其共摻雜。

（4） 涂層與腐蝕介質(zhì)的相對酸堿度是決定涂層抗熱腐蝕性能的一個(gè)重要因素。燃料中雜質(zhì)含量、種類和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境在研究稀土復(fù)合摻雜ZrO2陶瓷涂層抗Na2SO4+NaVO3熱腐蝕機(jī)理以及摻雜劑選擇上應(yīng)充分考慮。

（5） 有必要更深入系統(tǒng)地研究稀土復(fù)合摻雜ZrO2陶瓷涂層的抗Na2SO4+NaVO3熱腐蝕機(jī)理，特別是要明確熔鹽礦化作用對ZrO2陶瓷涂層的破壞機(jī)制和影響因素。