《EBC涂層CMAS腐蝕性能試驗方法》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—202X

EBC涂層CMAS腐蝕性能試驗方法

TestmethodforCMAScorrosionofenvironmentalbarriercoating

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX—2023

環(huán)境障礙涂層的CMAS腐蝕試驗方法

重要提示（危險或警告或注意）：使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實驗室工作的實踐經(jīng)驗。本文件并未

指出所有可能的安全問題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧?，并保證符合國家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的

條件。

1范圍

本文件規(guī)定了環(huán)境障涂層的CMAS腐蝕試驗方法的術(shù)語和定義、試驗設(shè)備、試樣、試驗條件、試

驗步驟和試驗結(jié)果評定等。

本文件適用于EBC涂層材料的CMAS腐蝕性能測試。其它材料及涂層亦可參照本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅

該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T7724電子稱重儀表

GB/T16839.1熱電偶第1部分：電動勢規(guī)范和允差

JB/T6074腐蝕試樣的制備、清洗和評定

JY/T0584掃描電子顯微鏡分析方法通則

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

CMASCalcium-Magnesium-Alumino-Silicates

由CaO、MgO、Al2O3、SiO2組成的鈣鎂鋁硅酸鹽。

3.2

環(huán)境障礙涂層EnvironmentalBarrierCoating(EBC)

環(huán)境障礙涂層是發(fā)動機(jī)用高溫結(jié)構(gòu)材料表面的防護(hù)涂層(一般為氧化物或復(fù)合氧化物陶瓷涂層)，其能夠

將高溫結(jié)構(gòu)材料與發(fā)動機(jī)惡劣環(huán)境(腐蝕性介質(zhì)、高速氣流沖刷等)隔離開來，阻止或減小服役環(huán)境對高溫結(jié)

構(gòu)材料性能的影響，實現(xiàn)保護(hù)基體材料的目的。

4原理

飛機(jī)經(jīng)過火山、沙漠等地區(qū)可能吸入灰塵、沙礫和火山灰等低熔點（約1200℃）雜質(zhì)。在1200℃或更

高的發(fā)動機(jī)工作溫度下，這些雜質(zhì)熔融形成包含CaO-MgO-Al2O3-SiO2（CMAS）的玻璃相熔體。環(huán)境障礙

涂層與CMAS在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕層。因此，可以采用CMAS對環(huán)境障礙涂層進(jìn)行腐蝕，通

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過觀察腐蝕反應(yīng)前后涂層的形貌和結(jié)構(gòu)變化，對腐蝕反應(yīng)是否發(fā)生進(jìn)行有效評價。

5試驗條件

5.1試驗溫度

CMAS腐蝕試驗中腐蝕溫度選擇根據(jù)環(huán)境障礙涂層的服役溫度所決定，一般腐蝕溫度范圍為

1200℃-1600℃，具體溫度的選擇可按技術(shù)文件規(guī)定執(zhí)行。

5.2試驗時間

腐蝕試驗時間的選擇視具體情況而定。腐蝕時間過長可能導(dǎo)致CMAS消耗殆盡，因此，一般單次腐蝕

時間不超過50小時。長時間的腐蝕試驗可采用循環(huán)試驗的方法進(jìn)行，例如100h的腐蝕試驗，可先在樣品表

面涂覆CMAS并進(jìn)行50h的腐蝕試驗，然后取出樣品再涂覆CMAS，繼續(xù)循環(huán)下一次50h的試驗。

5.3CMAS濃度

腐蝕試驗采用的CMAS濃度一般按單位面積的CMAS粉體質(zhì)量表示。例如每平方厘米的樣品涂覆20

mg的CMAS，則CMAS濃度為20mg/cm2。一般CMAS濃度為20-40mg/cm2，具體CMAS濃度的選

擇可按技術(shù)文件規(guī)定執(zhí)行。

6試劑和材料

6.1CMAS成分的選擇

CMAS成分的選擇應(yīng)根據(jù)EBC涂層所服役的環(huán)境決定，一般使用的CMAS成分為

33CaO-9MgO-13AlO1.5-45SiO2。有特定成分要求的CMAS，例如砂礫、火山灰（存在Na、Fe、K元素）等

可以按具體技術(shù)文件規(guī)定執(zhí)行。

6.2CMAS的制備

根據(jù)所選擇的CMAS成分使用對應(yīng)的氧化物粉體依據(jù)摩爾比進(jìn)行配備、混合、高溫合成以及再處理。

以33CaO-9MgO-13AlO1.5-45SiO2為例，首先將CaO、MgO、Al2O3、SiO2粉體按33：9：6.5：45的摩爾比

進(jìn)行配置，然后以離子水或無水乙醇為介質(zhì)，采用機(jī)械混合法對原料粉體進(jìn)行混合，混合結(jié)束后將漿料烘干

并置于氧化鋯坩堝中，最后利用高溫爐合成CMAS。合成條件為：以5-10℃/min的速率升溫至1000℃，之

后以3-5℃/min的速率升溫至1500℃。在1500℃保溫5h，結(jié)束后隨爐冷卻。將合成的CMAS塊體進(jìn)行破

碎、研磨至中位粒徑為10-20μm，獲得CMAS粉體備用。

7儀器設(shè)備

7.1恒溫加熱臺

在涂覆CMAS粉體時，需將樣品置于恒溫加熱臺上。

7.2高溫爐（箱式爐或管式爐）

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最高溫度不低于1700℃，控溫精度±5℃。爐腔（管道）應(yīng)有一個面積不小于10×10mm的進(jìn)氣口，確

保樣品在空氣氣氛中進(jìn)行腐蝕試驗。熱電偶應(yīng)符合GB/T16839.1的規(guī)定。

7.3電子秤

電子秤需符合GB/T7724所規(guī)定的要求，其精度應(yīng)達(dá)到0.1mg。

7.4掃描電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡需符合JY/T0584規(guī)定的要求，應(yīng)具有表征二次電子、背散射、能譜分析等功能。

8樣品

8.1試樣形狀和尺寸

8.1.1不帶基體的EBC涂層試樣

將試樣加工為規(guī)則形狀（如長方體、圓柱等），試樣尺寸不小于10mm×10mm，厚度1-2mm。

8.1.2帶基體的EBC涂層試樣

試樣基體所用材料為陶瓷基復(fù)合材料或硅基陶瓷材料，其表面帶有EBC涂層。將試樣加工為規(guī)則形狀

（如長方體、圓柱等），試樣尺寸不小于10mm×20mm，厚度2-7mm。

8.2試樣數(shù)量

試樣數(shù)量不少于3個。

9試驗步驟

（a）依據(jù)JB/T6074將試樣清洗干凈并烘干。

（b）將CMAS粉體均勻涂敷于EBC涂層試樣表面。具體方法為：根據(jù)設(shè)定的CMAS濃度和EBC涂層試樣

面積計算所需的CMAS粉體質(zhì)量，依據(jù)GB/T7724稱取CMAS粉體，將CMAS粉體與乙醇充分混合

為漿料；將EBC涂層試樣置于加熱臺上，使加熱臺溫度維持在60-100℃；使用膠頭滴管吸取料漿涂敷

在樣品上并烘干，經(jīng)過多次重復(fù)的涂敷和烘干，直至料漿全部使用；將涂敷CMAS粉體的試樣水平放

置備用。

（c）將涂敷完CMAS粉體的試樣水平放置于高溫爐（箱式爐或管式爐）中。開啟高溫爐設(shè)定目標(biāo)腐蝕溫度

和保溫時間并升溫，試驗結(jié)束后自然冷卻至室溫，將樣品取出。

10試驗數(shù)據(jù)處理

10.1外觀檢查

采用目視或放大鏡對試樣表面進(jìn)行觀察并記錄腐蝕特征。

10.2微觀分析

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將腐蝕完成的試樣對半切割，制備截面樣品并進(jìn)行打磨拋光處理，并將樣品清洗干凈。采用掃描電子顯

微鏡對樣品的微觀腐蝕特征進(jìn)行觀察，表征區(qū)域應(yīng)以截面樣品的中心區(qū)域為主。

11試驗記錄及報告

試驗報告應(yīng)包括以下相關(guān)信息（參見附錄A）：

(a)試驗編號；

(b)試驗設(shè)備；

(c)試驗條件（CMAS成分與濃度、試驗溫度與時間等）；

(d)試樣名稱、數(shù)量、尺寸、類型與具體成分；

(e)試驗結(jié)果（腐蝕后微觀形貌、外觀）；

(f)試驗日期和試驗人員。

5

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附錄A

(資料性附錄)

試驗報告（樣表）

報告編號_______________________

委托單位委托日期

試驗單位試驗日期

試驗人員試樣代號

試驗項目

涂層類型腐蝕介質(zhì)組成實驗設(shè)備

測試條件試驗溫度(oC)試驗時間(h)

測試結(jié)果