热障涂层（TBCs）是保护航空发动机关键高温部件的关键技术，受到了众多研究人员的广泛关注[[1], [2], [3], [4], [5]]。
在服役相关条件下模拟TBCs的失效机制，并对其失效模式和潜在机制进行系统分析，对于提高涂层寿命和运行可靠性至关重要[[5], [6], [7]]。在TBCs的各种失效模式中，外来冲击损伤（FID）是燃气轮机中不可避免的退化形式[[5]]。特别是在航空发动机应用中，由高速气体携带固体颗粒引起的侵蚀模式是最常见的FID损伤形式[[8], [9], [10]]。这种侵蚀会持续降解涂层，从而缩短其使用寿命。因此，TBCs的高温侵蚀性能是一个重要的研究焦点。
以往关于侵蚀性能的研究主要集中在氧化钇稳定氧化锆（YSZ）TBCs和其他TBCs上，识别出多种失效模式和机制[[11], [12], [13], [14]]。近年来，对TBCs耐腐蚀性的研究还包括了铝改性YSZ TBCs[[11]]和悬浮等离子喷涂（SPS）制备的TBCs[[13,15,16]]的研究。在这些研究中，通常采用高温炉加热结合微喷砂机进行颗粒侵蚀的方式来评估侵蚀性能，但这与发动机中TBCs实际经历的条件存在一定的差异。
然而，对于新型热障涂层La2(Zr0.7Ce0.3)2O7（LZC）——一种由于其独特的结构特性而具有优异高温烧结抵抗力的氧化物陶瓷材料[[15,16]]——以及LZC/YSZ双层陶瓷涂层（DCL）TBCs（在1200°C以上表现出优异的抗热震性能[[16], [17], [18], [19]]）的侵蚀性能研究仍然有限。虽然有研究在1500°C和0.62马赫的模拟发动机火焰测试中考察了YSZ的高温气体热震失效行为[[17]]，但未考虑固体颗粒侵蚀的影响。本研究将固体颗粒侵蚀纳入发动机模拟火焰热震测试中，从而更准确地模拟了TBC在实际航空发动机服役条件下的侵蚀损伤。这种方法能够真实地表征TBC在高温火焰和颗粒侵蚀共同作用下的失效机制，为新型DCL TBCs的退化提供理论见解，并指导提高其耐腐蚀性的策略。
作为一种新兴的TBC类型，当应用于航空发动机叶片时，不可避免会受到环境中的沙粒、微小硬颗粒、燃烧产物等颗粒的冲击。这种侵蚀损伤会减少涂层厚度和热绝缘性能，加速涂层退化。与传统的YSZ TBC材料相比，基于镧锆酸盐的陶瓷材料具有较差的机械性能，如断裂韧性[[18]]。制备的涂层往往缺乏良好的抗颗粒冲击性能。研究LZC和LZC/YSZ DCL TBCs在高温下的侵蚀性能和机制可以为进一步提高其耐腐蚀性提供理论支持，从而增强这些新型TBC在实际应用中的可靠性。我们的研究小组之前已经研究了LZC/YSZ DCL TBCs在室温条件下90°冲击角度下的固体颗粒侵蚀行为，这为理解LZC和LZC/YSZ DCL TBCs的高温侵蚀提供了参考[[19]]。在涉及高温燃烧气体流和固体颗粒的模拟发动机服役环境中，高温气体和侵蚀性颗粒的同时冲击可能会引起气固耦合效应，导致与传统侵蚀实验观察到的侵蚀机制不同。实验条件更为严苛，更接近实际服役条件，从而有助于更好地理解新型TBC材料LZC和新型LZC/YSZ DCL系统的侵蚀行为[[18,19]]。这也允许与传统的（含6～8% YSZ的）TBCs进行比较分析。
这项研究的必要性在于传统的实验室评估方法与先进航空发动机中复杂的退化机制之间存在显著差距。以往的热障涂层（TBC）侵蚀研究主要依赖于分离的测试方法——例如顺序炉加热和环境温度下的颗粒冲击——这些方法无法再现实际服役环境中同时存在的热、机械和化学相互作用。特别是气固耦合条件，包括高温火焰和高速固体颗粒侵蚀的协同作用，通过单因素实验无法实现。此外，尽管包含镧锆酸盐-铈（LZC）和LZC/氧化钇稳定氧化锆双层陶瓷系统的新型复合材料提供了更好的热保护，但它们在这种耦合环境下的机械韧性仍不确定。鉴于基于镧锆酸盐的陶瓷材料相对于YSZ的断裂韧性较低，其在实际服役条件下的侵蚀行为对于评估长期可靠性至关重要，但目前尚未得到研究。因此，这项研究对于阐明这些有前景的涂层的失效机制以及为微观结构优化和寿命预测模型提供严格的科学基础至关重要。
在本研究中，使用电子束物理气相沉积（EB-PVD）方法沉积了LZC和LZC/YSZ DCL TBCs。将沉积后的涂层置于多因素耦合测试设备中进行高温侵蚀测试，分析了沉积态和侵蚀态涂层的宏观形态、微观结构和纳米力学性能，并与传统YSZ TBCs进行了比较。计算并比较了不同涂层在不同侵蚀角度下的侵蚀速率。此外，还提出了可能的侵蚀机制。
