为了进一步提高航空发动机推重比,热障涂层被广泛涂覆于涡轮发动机高温部件表面以起到隔热作用。但随着涡轮发动机前段温度的不断提高,热障涂层在高温下面临的威胁挑战也日益突出,其中在工作状态下附着在叶片表面的火山灰/CMAS(钙镁铝硅等氧化物的混合物,简称CMAS)能对涂层叶片造成明显的侵蚀,从而使得涂层成分退化、失效,最终导致涂层的过早剥落,对发动机安全造成威胁。在本研究内容中,采集了日本樱岛真实火山灰样品,并用电子束物理气相沉积设备制备了传统7YSZ(7wt.%钇稳定氧化锆,简称7YSZ)成分的热障涂层和0.5wt.%Gd掺杂量的7YSZ(0.5Gd-7YSZ)热障涂层,通过涂覆火山灰进行高温热循环实验,对Gd掺杂涂层抗火山灰性能机理进行了研究。主要内容如下:(1)对火山灰粉末和CMAS粉末进行相成分和元素组成相关表征,与传统人造CMAS粉末相比,由于真实火山灰在元素组成上更加复杂,相成分也更加多变,表现出更强的结晶性。对于热障涂层而言,真实火山灰的熔点远低于CMAS熔点,这对于热障涂层而言威胁更大。(2)通过电子束物理气相沉积技术完成了7YSZ和0.5Gd-7YSZ涂层试样的制备,并对制备后的试样性能进行了对比观察,发现所制备涂层在孔隙率、微观结构、和表面相结构等性能方面一致性较好。并用纳米压痕仪对涂层进行力学性能检测,其中7YSZ涂层硬度和弹性模量表征结果分别为8.03 GPa和102.01 GPa,0.5Gd-7YSZ涂层硬度和弹性模量测试结果为11.64 GPa和132.29 GPa。这些测量值都在热障涂层应当具有的力学性能范围内。(3)对所制备的涂层涂覆火山灰进行热循环实验测试其抗火山灰性能。对试验后的样品通过SEM、EDX、PLPS等技术手段进行对比表征,发现在5次热循环后,火山灰会完全穿透7YSZ热障涂层陶瓷层,到达TGO层,加快TGO层氧化速率。相反,Gd掺杂涂层却能将熔融火山灰限制在陶瓷层上方,减缓熔融火山灰的渗透速率,从而保护整个热障涂层系统。