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现代涡轮发动机在高温(1150611250°C)下吸入空气中的硅酸盐颗粒(如飞灰、沙漠沙、火山灰、跑道碎片等)，会导致严重的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀，严重影响发动机在苛刻环境下的服役时间。为了延长发动机的使用寿命，人们一直致力于开发防护涂层，以保护叶片等高温合金基材免受熔融CMAS的腐蚀。但是，高温下熔融的CMAS与涂层会发生强烈的热化学反应，严重降低涂层的耐应变性，并引起应力积累和最终失效。氧化铝基共晶自生复合陶瓷是利用凝固过程中基体相和第二相的共晶反应形成的原位自生复合材料，具有优异的高温力学性能、组织稳定性和化学稳定性。此外，该材料在抵抗熔融CMAS渗透方面具有固有的优势。本文采用定向凝固技术制备了Al2O3/YAG共晶陶瓷作为结构基底，以获得理想的CMAS耐腐蚀性。重点研究了Al2O3/YAG共晶陶瓷在CMAS攻击下的腐蚀行为和腐蚀机理，从而获得综合性能优异、能够在高温腐蚀环境中长期服役的超高温结构材料。
近日，西北工业大学苏海军教授团队在Journalof MaterialsScience &Technology发表了一篇题为“Hightemperaturecalcium-magnesium-alumina-silicate(CMAS)corrosionbehavior ofdirectionallysolidifiedAl2O3/YAGeutecticceramic”的研究论文。该论文报道了不同高温腐蚀时间内Al2O3/YAG共晶陶瓷在CMAS攻击下的腐蚀行为和腐蚀机理。论文阐明了腐蚀产物成分、组织形态以及腐蚀厚度随时间的演变规律，揭示了Al2O3/YAG共晶陶瓷的抗CMAS腐蚀机理。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.04.060。您可以复制并粘贴此链接，以便在您的文章中引用。
https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.04.060
腐蚀产物的成分和组织形态。
图1显示了1300°C下Al2O3/YAG共晶和CMAS粉末的腐蚀产物相组成。
图2展示了1300°C下Al2O3/YAG共晶陶瓷表面的SEM图。(a-e)为凝固样品，(a1-e1)为烧结样品，(b2-e2)为腐蚀层反应厚度见(f)。(f)为腐蚀过程和腐蚀产物示意图，(g)为析出相尺寸统计。
图3：(a)凝固样品的SEM图和(a1)对应图(a)中的黄色虚线框区域的EDS图;(b)烧结样品的SEM图和(b1)对应图(b)中的EDS图扫描结果;(b2)图(b)中三点的EDS点扫描结果。
图1：1300°C下CMAS腐蚀的Al2O3/YAG共晶陶瓷的XRD图谱。 图2：(a)Al2O3/YAG共晶陶瓷在1300°C下CMAS腐蚀反应层的SEM图像和(a1)对应图(a)中的黄色虚线框区域的EDS图;烧结样品的(b)SEM图像和(b1)对应图(b)中的黄色虚线框区域的EDS图扫描结果;以及(b2)图(b)中三点的EDS点扫描结果。
如图3(a)所示，熔融CMAS在凝固样品中的穿透停止在基底的顶部，而没有继续向下穿透。此外，Mg元素在氧化铝相顶部富集，而烧结的共晶基底表明，与Ca和Si元素相比，Mg元素继续向下穿透一定距离(如图3(b1))。根据图3(b2)的重量百分比，点1趋于CaAl2Si2O8相，点2趋于MgAl2O4相，点3为Al2O3相。
腐蚀产物形成过程解析及界面结构。
图4展示了渗透CMAS的凝固样品腐蚀层的HAADF图像、四个区域的元素分布图、用矩形框架标记的三个界面的衍射斑点以及YAG、CMAS和CaAl2Si2O8相的分布。
通过对各相的成分分析(图4(b))，我们确定了#1、#4的相为CaAl2Si2O8和YAG相。区域#2和#3是相互渗透的区域，在#3区，Mg含量也有所增加。在CMAS渗透后，YAG(Al2O3)和CMAS界面的富集表明尖晶石(MgAl2O4)相的形成。同时，通过三种界面的SAED图像(图4(c))和#161#4区域的分析(图4(d)，表S1)，我们确定了#1、#4区域分别为钙长石(CaAl2Si2O8)、CMAS和YAG相。#3是中间区域扩散过渡层，在该区域中保留了YAG相的晶格结构，但可以检测到Mg、Si和Ca的其他元素，且晶面间距呈减小趋势。#2区域的非晶相中检测到了Y元素，这进一步证实了YAG的溶解与Y元素的扩散和迁移有关。总的来说，溶解-再沉淀是定向凝固Al2O3/YAG共晶陶瓷抗CMAS腐蚀的主要机制。
结论与展望：
综上所述，本研究对凝固和烧结的Al2O3/YAG共晶陶瓷的抗CMAS腐蚀性能进行了对比分析。实验和理论计算表明，定向凝固Al2O3/YAG共晶陶瓷因其致密的无晶界三维网络结构、化学活性低、高结晶诱导性而具有优异的抗CMAS腐蚀性能。Al2O3/YAG共晶陶瓷中的Al/Y元素溶解到CMAS中，促进了钙长石(CaAl2Si2O8)相的形成，沉淀后形成致密的反应层，阻止了CMAS的渗透。本研究为定向凝固氧化物共晶陶瓷作为极端环境用新型抗腐蚀高温热结构材料提供了理论基础和技术途径。
通讯作者苏海军教授简介：
苏海军教授是西北工业大学材料学院的教授和博士生导师，同时担任材料学院副院长。他曾获得国家优秀青年科学基金、中国有色金属创新争先计划、国家首批“香江学者”计划、陕西省“青年科技新星”、陕西高校青年创新团队学术带头人以及陕西重点科技创新团队带头人等荣誉。 苏海军教授长期致力于先进定向凝固技术与理论及新材料研究，涉及高温合金、高熵合金、超高温陶瓷、结构功能一体化复合材料、生物陶瓷、钙钛矿太阳电池，以及陶瓷和高温合金激光增材制造等领域。他主持了包括国家自然基金重点、优青等6项国家基金在内的30余项国家及省部级重要科研项目，并发表了160余篇SCI论文。 苏海军教授还获得了51项中国发明专利和2项美国发明专利的授权，并参编了3部专著。他曾获得陕西高校科学技术研究优秀成果特等奖、陕西省科学技术一等奖、陕西省冶金科学技术一等奖、全国有色金属优秀青年科技奖和陕西青年科技奖各1项。
感谢论文作者团队对本文的大力支持！
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