GB/T 45008-2024《稀土热障涂层材料  锆酸钆镱粉末》标准解读

一、背景

本标准适用于以高纯氧化镱(Yb₂O₃)、氧化钆(Gd₂O₃)及氧化锆(ZrO₂)或氧化铪(HfO₂)为基础原料，通过共沉淀法、溶胶-凝胶法等化学合成工艺制备的锆酸钆镱(Gd,Yb)₂ZrO₇粉末。这类粉末凭借纳米级均匀粒径分布、高化学纯度(杂质含量≤0.5%)等特性，成为航空领域热障涂层的核心材料。在航空发动机运行过程中，燃烧室壁面温度可达1800℃以上，涡轮叶片承受着超1000℃高温与高速燃气冲刷的双重考验，热障涂层通过在金属基体表面构筑起(300-500)μm厚的陶瓷隔热层，可降低基体温度(150-250)℃，显著提升部件抗氧化、抗热腐蚀性能。锆酸钆镱粉末的晶体结构稳定性、热膨胀匹配度等关键指标，直接决定涂层的隔热效率与服役寿命。本标准对原料纯度、合成工艺、粉末微观形貌等参数的明确规范，为航空发动机高温部件的可靠性与长寿命设计提供了标准化支撑，确保核心材料在极端工况下的稳定服役。

2024年，GB/T 45008-2024《稀土热障涂层材料 锆酸钆镱粉末》发布实施，填补该领域标准化空白。该标准由全国稀土标准化技术委员会归口，组织12家科研院所、8家龙头企业起草，内容覆盖全流程，量化关键指标，为企业生产提供质量依据，推动稀土热障涂层技术在高端制造领域革新升级。

二、主要技术内容

2.1 产品分类

产品按规格、状态及用途分六大类(RETBC-GYbZ-xYb-OP/AP + 数字，x 取值 0.3~31.5)，OP系列为喷涂用开放团聚粉，AP系列是压制用致密团聚粉，尾缀数字对应不同粒度区间。该分类契合热障涂层工艺需求：OP1用于等离子喷涂可降低涂层孔隙率;AP2适用于电子束物理气相沉积，能精准控制柱状晶结构;OP12在增材制造中保障铺粉均匀性。其具体分级如表1所示。

通过这种基于工艺特性的差异化设计，可使涂层成型精度达到 ±5μm 以内，在航空发动机1200℃以上高温环境中，服役寿命较传统材料提升40%以上，充分满足航空航天、能源电力等领域对热障涂层高性能、长寿命的严苛要求。

产品牌号采用四层结构编码：以“RETBC”固定前缀标识稀土热障涂层材料;“GYbZ” 代码表明锆酸钆镱复合氧化物成分;第三位数字加 “Yb” 后缀(如5.0Yb)精准标注Yb₂O₃名义质量分数(误差±0.5%);后缀“OPy/APy”表示粉末状态及用途，其中原始粉末系列用“OP + 数字序号” 区分不同工艺产品。

应用粉末系列：AP(Applied Powder)后接数字序号(如AP1、AP2)，表示经团聚造粒、烧结等工艺优化，适用于大气等离子喷涂(APS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)等特定涂层制备工艺的功能化粉末。

2.2 化学成分

标准对锆酸钆镱粉末的化学成分有着严格且精准的控制要求。主成分中，氧化钆、氧化镱和氧化锆(氧化铪)的含量需符合相应规定，以确保粉末具备稳定且优良的性能，满足热障涂层使用需求。同时，对稀土杂质和非稀土杂质含量也提出限定，通过严格把控化学成分，为粉末的质量奠定坚实基础，其具体化学成分如表2所示。

在本标准中，对锆酸钆镱粉末的化学成分和物理性能有严格且精准的控制要求。其中，掺杂稀土元素有助于提升性能：稀土元素如氧化钆、氧化镱等的添加，有助于提高材料的晶体结构稳定性和热膨胀匹配度，从而提升热障涂层的隔热效率和服役寿命;此外，通过控制不同稀土元素的配比，可以调整粉末的物理性能，如粒度分布、松装密度和振实密度，以满足不同的喷涂和沉积工艺需求。

主成分控制：标准规定了氧化钆、氧化镱和氧化锆(或氧化铪)的含量，确保这些主成分的总量符合特定要求，以保证粉末的稳定性和优良性能。

杂质限制：除了主成分外，对稀土杂质和非稀土杂质的含量也有严格的限定。例如，除Gd、Yb外的稀土元素含量需≤0.10%，非稀土杂质含量需≤0.01~0.03%(分项)，Cl⁻含量需≤0.02%等，以防止高温腐蚀并保障高温稳定性。这是因为航空发动机等高端制造领域对热障涂层的性能有极高的要求，掺杂特定的稀土元素可以满足这些需求，尤其是在极端工况下。通过精确控制化学成分，可以为粉末的质量奠定坚实基础，确保其在全生命周期内的性能稳定。

2.3 物理性能

在物理性能参数方面，不同牌号的原始粉末中心粒径存在明确的指标区间。以RETBC-GYbZ-xYb-OP1 为例，其D₅₀值需控制在 0.25μm 以下。

三、结语

GB/T 45008-2024《稀土热障涂层材料 锆酸钆镱粉末》标准构建起从原料配比、合成工艺到性能检测的全链条规范体系。在航空发动机高温部件防护领域，该标准通过明确粉末粒度分布、相纯度等关键指标，为热障涂层材料的质量控制提供了量化依据，显著提升了涂层的隔热效率与服役寿命。这一标准的实施，不仅加速了稀土功能材料在航空发动机、燃气轮机等高端制造领域的深度应用，推动了材料性能的迭代升级;同时，其提出的检测方法与质量控制思路，也为新能源领域(如燃料电池高温部件涂层)、航天领域(卫星热控涂层)的相关材料标准制定提供了重要技术参考，助力构建更完善的高性能涂层材料标准体系。

（转载自微信公众号 有色标准计量质量【标准解读】GB/T 45008-2024《稀土热障涂层材料 锆酸钆镱粉末》标准解读  张小锋 ）