等离子喷涂热障涂层相结构的研究
211114944_热障涂层先进结构设计研究进展
第52卷第4期表面技术2023年4月SURFACE TECHNOLOGY·85·热障涂层先进结构设计研究进展刘嘉航a，吕哲a，周艳文a，解志文b，陈浩a，程蕾a，黄士罡a（辽宁科技大学 a.材料与冶金学院 b.机械工程与自动化学院，辽宁 鞍山 114051）摘要：随着航空航天技术的不断发展，不断提高的涡轮前进口温度及恶劣的使用环境对镍基高温合金的使用性能提出了更高的要求。
热障涂层是一种应用于涡轮发动机热端部件的表面技术，通过沉积在镍基高温合金表面，降低合金表面的温度。
概述了采用传统单层层状氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的优势，包括较低的制备成本、便捷的制备方式及较低的层间热膨胀失配应力。
同时，归纳了单层层状热障涂层在高温环境下存在的问题，包括氧化锆相变与烧结造成的涂层失效，以及热膨胀系数和断裂韧性较差的新型陶瓷材料无法直接制备在黏结层表面。
在此基础上重点综述了近年来热障涂层先进结构设计的研究进展，包括双层层状结构、柱状结构、垂直裂纹结构及复合结构热障涂层，其中复合结构包括激光表面改性结构、梯度涂层结构及粉末镶嵌结构热障涂层。
针对各种先进结构热障涂层，分别从微观结构、热震寿命、涂层内部应力、耐腐蚀性能、抗氧化性能等方面进行了归纳，并总结了各先进结构热障涂层现阶段发展的不足之处。
最后展望了热障涂层先进结构设计的发展方向。
关键词：热障涂层；结构设计；微观结构；制备方式；使用性能；研究进展中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)04-0085-15DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.04.006Research Progress of Advanced Structural Designof Thermal Barrier CoatingsLIU Jia-hang a, LYU Zhe a, ZHOU Yan-wen a, XIE Zhi-wen b,CHEN Hao a, CHENG Lei a, HUANG Shi-gang a(a. School of Materials and Metallurgy, b. School of Mechanical Engineering and Automation, University ofScience and Technology Liaoning, Liaoning Anshan 114051, China)ABSTRACT: Due to their excellent thermal insulation properties, high hardness and good chemical stability, thermal barrier coatings are one of the best solutions for improving the service life of hot end components for turbine engines, reducing fuel consumption, increasing efficiency and improving the thrust-to-weight ratio of engines. In recent years, with the continuous development of thermal barrier coating preparation technology and ceramic layer materials, the structure and various properties收稿日期：2021–12–18；修订日期：2022–04–25Received：2021-12-18；Revised：2022-04-25基金项目：国家自然科学基金（51702145）；辽宁省教育厅服务地方项目（FWDF202003）Fund：National Natural Science Foundation of China (51702145); Liaoning Provincial Department of Education Project Services Local Projects (FWDF202003)作者简介：刘嘉航（1997—），男，硕士生，主要研究方向为热障涂层。
热障涂层金属粘结层制备与研究进展
热障涂层金属粘结层制备与研究进展目录1. 内容概述 (2)1.1 热障涂层概述 (2)1.2 金属粘结层的重要性 (4)1.3 研究进展概览 (5)2. 金属粘结层的材料组成与性质 (6)2.1 NiCrBSi系高温合金粘结层 (8)2.2 高温插图合金粘结层 (9)2.3 粘结层成分与性能的关系 (10)2.4 粘结层材料的热力学与力学评估 (11)3. 金属粘结层的制备与制备技术 (13)3.1 等离子喷涂法 (15)3.2 电弧喷涂法 (16)3.3 其他制备技术与方法 (17)3.4 制备工艺参数优化 (18)4. 金属粘结层的性能测试与评价 (20)4.1 高温力学性能测试 (21)4.2 高温抗氧化性测试 (23)4.3 高温疲劳与蠕变性测试 (24)4.4 界面层质量与完整性评价 (25)5. 热障涂层的实际应用及案例分析 (26)5.1 燃气轮机中的应用 (27)5.2 航空发动机中的应用 (29)5.3 核反应堆中的高温插层涂层 (29)6. 结论与展望 (31)6.1 研究现状与趋势 (32)6.2 未来的发展方向 (33)1. 内容概述随着航空发动机、燃气轮机和核反应堆等高技术领域的发展，热障涂层在提高发动机和核反应堆等设备散热性能、延长使用寿命和提高安全性方面发挥着越来越重要的作用。
热障涂层金属粘结层作为热障涂层的重要组成部分，其制备工艺和性能直接影响到热障涂层的整体性能。
研究和开发高性能的热障涂层金属粘结层制备技术具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文档旨在对热障涂层金属粘结层的制备与研究进展进行全面梳理和总结，包括国内外相关研究现状、制备方法、性能测试和发展趋势等方面的内容。
通过对热障涂层金属粘结层的研究，可以为我国高技术领域的发展提供有力的理论支持和技术保障。
1.1 热障涂层概述热障涂层（Thermal Barrier Coatings, TBCs）是一类特殊的涂层材料，应用于高温环境中，如航空发动机、喷气发动机、燃气轮机和工业燃烧器的涡轮叶片等。
低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa涂层的抗燃气热冲击性能研究
材料研究与应用 2024，18（1）：123‐132Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：//mra.ijournals.cn 低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究赵宇1,毛熙烨2,3*,吕伯文2*,邓朝阳2,董东东2,李创生2,毛杰2,邓春明2,邓畅光2,刘敏2（1.中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002； 2.广东省科学院新材料研究所/现代材料表面工程技术国家工程实验室/广东省现代表面工程技术重点实验室，广东 广州 510650； 3.景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇333403）摘要： 为了保障涡轮叶片材料的抗高温氧化与耐热腐蚀性能，采用低压等离子喷涂技术在航空发动机涡轮叶片试验件上成功制备了NiCoCrAlYTa 涂层。
通过对不同粉末制备的NiCoCrAlYTa 涂层进行1 000 ℃/75 h 燃气热冲击试验，研究了带涂层叶片尺寸、涂层表面形貌、相组成和显微组织、涂层厚度和均匀性等性能参数的变化。
结果表明：热冲击试验后，不同涂层叶片的整体尺寸未发生显著变化，表明涂层在高温环境下具有稳定的尺寸；涂层表面形成了Al 2O 3膜和NiAl 2O 4尖晶石，保留了较好的结构完整度，这有助于提高涂层的耐腐蚀性能；涂层的物相组成主要包括γ-Ni 、γ'-Ni 3Al 和少量的β-NiAl ，形成了贫Al 区、互扩散区、二次反应区等典型微区结构，析出的TCP 相为R 相，表明在热冲击过程中涂层发生了相变；不同粉末制备的NiCo‐CrAlYTa 涂层均表现出了良好的抗热冲击性能，为航空发动机涡轮叶片的高温应用提供了可行的涂层方案。
关键词： 低压等离子喷涂；NiCoCrAlYTa 涂层；燃气热冲击；抗热冲击性能；；抗氧化性能;叶片尺寸;涂层厚度;互扩散中图分类号：TG174.442 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）01-0123-10引文格式：赵宇，毛熙烨，吕伯文，等.低压等离子喷涂NiCoCrAIYTa 涂层的抗燃气热冲击性能研究［J ］.材料研究与应用，2024，18（1）：123-132.MAO Xiye ，ZHAO Yu ，LV Bowen ，et parative Study of NiCoCrAlYTa Coatings After Burner -Rig Test ［J ］.Materials Research and Application ，2024，18（1）：123-132.0 引言随着航空发动机向高推重比发展，发动机的进口燃气温度不断提高，涡轮叶片长期经受高温燃气的冲击和腐蚀，对涡轮叶片材料的抗高温氧化和耐热腐蚀性能提出了严格的要求［1］。
等离子喷涂氧化铝涂层界面状态和结合性能的研究
表 1 Ni20Cr 粉末的主要化学成分( w) %
Ni
Cr
Si
Fe
78-82
18-22
＜ 0. 9
＜ 1. 0
收稿日期: 2011 － 10 － 14
·24·
材料开发与应用
2012 年 6 月
等离子喷涂在普莱克斯公司生产的 3710 型 等离子喷涂系统上进行，使用 SG100 型喷枪，送 粉方式为内送粉。拉伸试验在 INSTRON-5587 型 材料试验机上进行，将固化后的对偶试样在万能 材料试验机上拉伸，直至断裂。涂层的界面状态 观察分别采用 OLYMPUS GX71 型金相显微镜和 和 Quanta 600 型扫描电镜。 1. 2 试样制备
σth = Ec ( αs -αc ) △T 其中，Ec 是 涂 层 材 料 的 弹 性 模 量，αs 和 αc 分别是基材和涂层的热膨胀系数。显然，当基材 热膨胀系数越小，热失配应力就越小，当 αs ＜ αc 时，甚至会产生有利于涂层结合的压应力。 表 4 是四种基材热膨胀系数、导热系数和比 热容的值。由表 4 可以看出，纯铜的导热系数最 大，因而熔滴沉积瞬间传递给基材的热量最快，同 时其比热容最小，因此造成对应基材的温升最高 ( △T) ，加上其热膨胀系数 αs 较大，因而产生的热 失配应力最大; 6061 铝合金的导热系数仅次于纯 铜，但其比热容最大，导致其基材升温较小( △T) ， 抵消了其热膨胀系数最大对热失配应力的不利影 响，综合起来 6061 铝合金上涂层的热失配应力应 小于纯铜且高于 45 钢和 TC4 钛合金。
等离子喷涂是把金属或陶瓷粉末送入高温 的等离子弧焰流，将粉末粒子加热至熔融或半熔 融状态并以 高 速 率、高 动 能 撞 击 在 工 件 表 面，通 过碰撞变形铺展、快速冷却并凝固沉积而形成涂 层的一种表面改性技术。作为重要的热喷涂技 术之一，等离 子 喷 涂 是 近 年 来 研 究 最 多、发 展 最 快的一种热喷涂技术。由于等离子焰流具有高 温和高速的特点，特别适用于喷涂难熔的陶瓷涂 层。等离子喷涂陶瓷涂层技术能有效地把金属 材料的强韧性、可加工性和导电导热性等和陶瓷 的耐高温、耐磨损、耐腐蚀、电绝缘等特点结合起 来，同时满足机械产品对结构性能 ( 强度、韧性 等) 和环境性能( 耐磨、耐蚀、耐高温、电绝缘等) 的需求，获得相当理想的复合材料结构。但是等 离子喷涂涂层工件的一个突出问题，是在服役过 程中容易发生分层剥离、裂纹、胀起等失效，这不 仅与涂层 / 基材的界面状态有关，还与残余应力 密切相关。涂层的界面状态和残余应力直接影 响着涂层的结合强度，与涂层材料( 类型、性质) 、 涂层结构、喷涂工艺( 喷砂、预热、工艺参数等) 、 基材( 形状、尺寸、物性参数等) 等诸多因素有关， 目前国内主要集中于对各种喷涂材料的喷涂工 艺及涂层性能的研究，本文研究了相同喷涂工艺 下基材类型对氧化铝陶瓷涂层界面状态、残余应 力以及结合强度性能的影响规律，这对改善涂层 质量，提高涂层使用寿命具有实际意义。
热障涂层的研究现状与发展方向
从正方相向单斜相转变 ,伴随 3 %～5 %的体积膨胀 ,导致涂层 破坏 ,为延长涂层的使用寿命 , ZrO2 中需加入稳定剂 。20 世纪 60 年代用 MgO 和 CaO 作为稳定剂 ,后来发现以这两种氧化物 作为稳定剂的涂层组织稳定性不好 ,燃气的硫化作用使 MgO 和 CaO 从涂层中析出 ,降低了对 ZrO2 相的稳定作用 ,使涂层的 热循 环 寿 命 降 低 , 目 前 这 两 种 稳 定 剂 已 基 本 被 Y2 O3 所 替 代[6 ,7] 。Stecura 等对不同 Y2 O3 含量稳定的 ZrO2 陶瓷涂层的 热物性能进行了分析 ,结果表明在 Y2 O3 含量为 6 %～8 %时[8] , 陶瓷涂层抗热循环性能最好 ,寿命最长 。
据报道 ,目前美国几乎所有的陆用和船用燃气轮机都采用 了 TBCs ,每年约有 300t 氧化锆材料用在 TBCs 上 ,在未来 10 年中 TBCs 将达到 12 %的年增长率 ,其中在发动机部件中的年 增长率将达到 25 %[2] ,具有广阔的应用开发前景 。近年来 ,随 着航空燃气涡轮机向高流量比 、高推重比 、高进口温度方向发 展 ,燃烧室中的燃气温度和压力也不断提高 。目前 ,燃气温度已 接近 2000 K ,因此航空发动机涡轮叶片的合金材料上需喷涂热 障涂层以承受 1600 ℃以上的涡轮进口温度[4] 。实际应用的热 障涂层大多采用由陶瓷隔热表层和金属粘结底层组成的双层结 构 ,6 %～8 %氧化钇稳定的氧化锆 ( YSZ) 是目前使用最广泛的 陶瓷隔热表层材料 ,金属粘结底层主要为 MCrAl Y 合金 ,其中 M 代表 Ni 、Co 或 NiCo [5] 。由于 YSZ 热障涂层的长期使用温度 为 1200 ℃,超过 1200 ℃,相变加剧 ,易烧结 ,氧传导率高 ,过渡金 属易被氧化 ,导致涂层失效 ,已难以满足涡轮进口温度进一步提 高的需要 。
热障涂层的研究现状与发展方向
热障涂层的研究现状与发展方向热障涂层（Thermal Barrier Coatings，TBCs）是一种应用于高温环境下的保护材料，可有效隔热、降低热应力，提高材料的使用寿命和性能。
随着高温领域的不断发展和应用需求的增加，热障涂层的研究也取得了很大的进展。
本文将介绍热障涂层的研究现状和未来的发展方向。
研究现状：1.材料选择：目前，热障涂层常用的材料是陶瓷氧化物，如氧化锆（ZrO2）。
这是因为氧化锆具有良好的高温稳定性和热隔离性能。
同时，为了增加涂层的韧性，常常将氧化锆与其他材料进行复合，如氧化钇（Y2O3）、氧化钆（Gd2O3）等。
2.涂层制备技术：常用的涂层制备技术有等离子喷涂、磁控溅射、物理气相沉积等。
这些技术可以形成致密、均匀的涂层，并能够提供所需的性能。
3.高温性能：研究人员通过改变合金元素的含量和添加合金元素，来改善热障涂层的高温性能。
例如，钛合金元素的添加可以提高热障涂层的抗氧化和抗热腐蚀性能。
4.应用领域：热障涂层广泛应用于航空、能源、汽车等领域。
例如，用于航空发动机的热障涂层可以提高发动机的工作温度，提高燃烧效率，降低燃料消耗。
发展方向：1.纳米材料研究：纳米材料具有较高的比表面积和界面效应，可以提高热障涂层的热导率和热膨胀系数匹配性。
因此，研究者们正在探索利用纳米材料制备热障涂层，并研究其热性能。
2.多层涂层研究：多层热障涂层可以提供更好的隔热性能和更高的耐热性。
目前，研究人员正在研究不同层次和组分的多层涂层结构，以提高涂层的性能。
3.高温腐蚀性能研究：热障涂层在高温腐蚀环境中容易受损。
因此，研究者们正在研究改善热障涂层的高温腐蚀性能，以提高其使用寿命。
4.综合性能优化：除了热性能，热障涂层的机械性能、热膨胀系数匹配性、附着强度等都是重要的指标。
因此，未来的研究将更加注重综合性能的优化，以提高热障涂层的整体性能和可靠性。
总结：热障涂层作为一种重要的保护材料，在高温环境下担负着隔热和降低热应力的任务。
热障涂层的制备工艺及研究进展
热障涂层的制备工艺及研究进展杨宏波;刘朝辉;丁逸栋;罗火东;余文威【摘要】The technologies for preparation of thermal barrier coatings (TBCs) were reviewed,including plasma spraying (PS),electron beam physical vapor deposition (EB-PVD),flame spraying,electric arc spraying,laser induction hybrid rapid cladding,self-propagating high temperature synthesis (SHS) and suspension plasma spraying (SPS).Their research progress were introduced from the aspect of ceramic top layer and metal bonding layer.The future research directions of new generation ultra-high temperature TBCs was forecasted.%综述了等离子喷涂(PS)、电子束物理气相沉积(EB-PVD)、火焰喷涂、电弧喷涂、激光熔覆、自蔓延高温合成(SHS)、悬浮等离子喷涂(SPS)等制备热障涂层(TBCs)的工艺,介绍了陶瓷面层和金属黏结层这2个方面的研究进展.展望了新一代超高温热障涂层的研究方向.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2017(036)014【总页数】6页(P786-791)【关键词】热障涂层;陶瓷层;金属黏结层;制备;综述【作者】杨宏波;刘朝辉;丁逸栋;罗火东;余文威【作者单位】中国人民解放军后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;中国人民解放军后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;中国人民解放军后勤工程学院化学与材料工程系,重庆401311;73501部队,福建漳州 363400;73501部队,福建漳州 363400【正文语种】中文【中图分类】TG174随着现代科学技术的迅猛发展和施工工艺不断改进，很多部件对材料的高温工作性能提出了更高的要求。
热障涂层材料Mg2SiO4的制备与性能研究
摘要镁橄榄石（Mg2SiO4）具有高温相稳定、较低的烧结速率和热导率、良好的机械性能等优点，是一种有潜力的热障涂层（Thermal Barrier Coatings）新材料。
本论文以Mg2SiO4为研究对象，通过XRD、TG-DSC、EDS等表征方法系统研究了其作为TBC材料的各项性能，通过APS技术制备了Mg2SiO4-TBCs，研究了涂层的热循环性能、失效机制等。
采用高温固相反应法在1873 K下合成Mg2SiO4。
Mg2SiO4具有良好的高温相稳定性、低导热系数（1.8 W/m·K，1273 K）和较高的热膨胀系数（8.6×10−6 K-1~11.3×10−6 K−1，473 K~1623 K）。
此外，还拥有良好的力学性能：Mg2SiO4的硬度值和断裂韧性分别为10 GPa和2.8MPa·m1/2。
Mg2SiO4在高温下的抗烧结性能优于先进热障涂层材料8YSZ、La2Zr2O7和SrCeO3等。
在1573 K下，对烧结后的Mg2SiO4和8YSZ陶瓷试样进行了水淬对比试验，结果表明，Mg2SiO4的热循环寿命为16次，约为8YSZ寿命的两倍。
利用APS技术成功制备无成分偏析的Mg2SiO4-TBCs。
在1273 K下，Mg2SiO4涂层的热循环寿命达830次，具有良好的抗热震性能。
较长热循环寿命的主要原因是Mg2SiO4较好的断裂韧性、抗烧结性能以及高温暴露下Mg2SiO4涂层的特殊组织演化，而涂层失效的主要原因是重结晶、热膨胀失配以及TGO与Mg2SiO4化学反应层的形成和增厚。
采用APS技术制备了基于Mg2SiO4/8YSZ的双陶瓷层（DCL）热障涂层体系的热障涂层。
研究了三种TBCs在1373 K下的热循环性能，结果表明：DCL 涂层的寿命是单层Mg2SiO4涂层寿命的43倍。
顶层Mg2SiO4陶瓷层具有良好的烧结能力和较低的导热系数，底层YSZ陶瓷层起到很好的应力缓冲效果，能够很大程度地延长涂层的热循环寿命。
钛合金材料的等离子喷涂工艺研究
钛合金材料的等离子喷涂工艺研究钛合金是一种优良的材料，因其具有低密度、高强度、耐腐蚀、良好的高温性能和生物相容性等优点而被广泛应用于航空航天、生物医学、化工和汽车等领域。
然而，钛合金表面的耐磨损、耐腐蚀和抗氧化性能等方面仍存在问题，为了解决这些问题，使用等离子喷涂工艺对钛合金进行表面处理，已成为一种有效的方法。
一、等离子喷涂工艺的基础原理等离子喷涂工艺是一种非常有效的表面处理方法，它的基础原理是利用高温、高压气体，将金属或金属化合物材料，通过等离子体反应喷涂到基体表面上，形成一层有机化合物。
等离子喷涂工艺主要有两种方法，一种是直接喷涂法，另一种是离子束喷涂法。
直接喷涂法主要是使用高温、高压气体将金属粉末喷涂到基体表面上，然后用火焰热源进行热处理，使其形成一层金属涂层。
离子束喷涂法则是利用离子束高能量作用在金属或合金纳米粒子表面，在离子束轰击下形成的等离子体反应，将金属和非金属元素以一定的比例合成成一层硬质涂层。
二、钛合金等离子喷涂工艺的应用钛合金是一种重要的结构材料，在高温和腐蚀条件下，其材料表面往往会出现一些问题，比如磨损、腐蚀等。
为了增加钛合金的抗磨损、抗腐蚀和抗氧化性能，利用等离子喷涂工艺进行表面处理是一种非常有效的方法。
例如，在飞机发动机的涡轮叶片表面进行等离子喷涂处理，可提高其表面抗氧化性能和耐高温性能。
钛合金的生物相容性也被广泛应用于医疗领域，等离子喷涂工艺可以改善其生物相容性，提高其生体组织接受程度。
除此之外，钛合金的应用也涉及到汽车、航空、化工等领域。
等离子喷涂工艺可在汽车发动机缸体上形成一层热障涂层，可提高其表面抗氧化性能和耐高温性能。
在航空领域，等离子喷涂工艺也可使用在涡轮叶片、涡轮盘和整流器表面等部位，以提高其抗腐蚀性能和降低磨损程度，延长使用寿命。
三、等离子喷涂工艺存在的问题及发展方向虽然等离子喷涂工艺已被广泛应用于钛合金材料的表面处理，但在使用过程中，还存在一些问题需要解决。
等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的研究
江
苏
陶
瓷
Ｖｏ １ ． ４ ６ ， Ｎｏ ． ３
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ
Ｊ ｕ ｎ ｅ ， ２ ０ １ ３
１ ３
等 离子喷涂 Ａ Ｉ ２ ０３ 陶瓷涂层 的研究
张艾 丽 米有 军 曹毅 轩 杨 尚权
关 键 词 等 离 子 喷 涂 ； Ａ １ ２ ０ ３ 陶瓷 涂 层 ； Ｔ ｉ Ｏ ： ； 工 艺 参 数
等 离 子 喷 涂 技 术 是 继 火焰 喷涂 之 后 大 力 发 展 起 来 的 ～ 种
新型多用途的精密喷涂方法 ， 是 一 项 重 要 的表 面 处 理 技 术 ． 涂
部剥离、 脱 落 是 失效 的 主要 原 因 。 （ ３ ） 采用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ有 限 元 分 析 软 件 对 等 离 子 喷 涂 Ａ １ ２ ０ 陶
性最好 。
（ ２ ） 为研究等离子 喷涂 Ａ ｈ Ｏ 陶瓷 涂 层 的 抗 热 震 性 能 。 对 不 同结构的涂层进行 了 ６ ０ ０℃环 境 下 的 热 震 实 验 ， 并分析 、 探 讨 了 涂 层 的 热 震 失 效 机 制 。利 用 扫 描 电镜 ｆ Ｓ Ｅ Ｍ） 、拉 曼 光 谱 等 试 验 手 段 研 究 了 热 障 涂 层 热 震 失 效 的 过 程 及 残 余 应 力 大小 和分 布状 态 ，涂 层 热 震 失 效 的本 质 为 热 循 环 应 力作 用 下 的疲 劳失 效 ．其 失 效 过 程 主 要 是 裂 纹 形 成 、扩 展 及 涂 层 剥 落 。结 果 表 明 ， 在 陶 瓷工 作 层 与 基 体 间 增 加 Ｆ ｅ Ｃ ｒ Ａ １ 或 金 属 过 渡层 可 有 效地 减 缓 涂 层 内 的热 应 力 ． 阻碍 涂 层 内裂 纹 的 形 成及扩展 ， 从 而 提 高涂 层 的 抗 热 震 性 能 。Ａ ｌ ｚ Ｏ 陶瓷 涂 层 低 温
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《 加 工艺 ２ ２ 第５ 热 工 》 ０ 年 期 ０喷 涂 热 障 涂 层 相 结 构 的 研 究
陈 和 兴 周 克 崧 ， ，金 展 鹏
（． 南 大 学 材 料 科 学 与 工 程 系 ， 南 长 沙 ４ ０ ８ ；２ 广 州 有 色金 属 研 究 院 ， 东 广 州 ５ ０ ５ ） １中 湖 １０ ３ ． 广 １ ６ １ 摘 要 ： 研 究 了 等 离 子 喷 涂 两 层 热 障 涂 层 在 大 气 和 真 空 环 境 下 ， １ １ ０ 不 同 时 问 扩 散 处 理 后 相 结 构 的 变 化 。 结 经 ０℃
ＡＰＳ
４ ６
３ ５ —
６ ４２ Ｏ０
２ ２
９０ ４ ６３ １ ０
１ ５
试 样 喷 涂 后 分 别 在 ｌ Ｗ 的 高 温 箱 式 电 阻 炉 和 Ｏｋ
于 陶 瓷 和 金 属 基 体 之 间 的 热 膨 胀 不 匹 配 诱 发 的 ， 瓷 陶
（ ． ｐ． ｆＭ ａ ｅ ．Ｓ ｉ ＆ Ｅｎ １ Ｄｅ ｏ ｔｒ ｃ ． ｇ．，Ｃｅ ｔａ ｕ ｈ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ Ｃｈ ｎ ｈ １ ０ ３， ｉａ； ｎ ｒ ｌＳｏ ｔ ｉｅ ｓｔ ｙ， ａ ｇｓ ａ ４ ０ ８ Ｃｈｎ
２ Ｇ ａ ｇ ｈ ｕ Ｒｅｅ ｒｈ Ｉ ｓｉ ｔ ｎ ｆ ．ｏ ｓ ｅａｓ Ｇ ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ５ ， ｈ ｎ ） ． ｕ ｎ ｚ ｏ ｓａ ｃ ｎ ｔ ｕｅｏ Ｎｏ — ｅ ＇ｕ ｔ ｌ ， ｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ １ Ｃ ｉ ａ ｔ ｆ Ｍ
Ｓｔ ｕｄｙ ｏ ｆ Ｐｈａ ｅ Ｓｔ ｕ ｔ ｒ ｆ Ｔｈｅ ｍ ａ ｒ ｉ ｒ Ｃｏ ｔ ｎｇ ｙ Ｐｌ ｓ ａ Ｓｐｒ ｙ ｎｇ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅｏ ｒ ｌ Ｂａ ｒ ｅ ａ ｉ ｓ ｂ ａ ｍ ａｉ
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Ａ ｂ ｔ ａｃ ｓ ｒ ｔ： Ｔｈｅ ｐｈａ ｅ ｔ ａ ｆ ｒ ａ ｉ ｆ ｄｕｐｌ ｈｅ ｍ ａ ｒ ｉ ｒ ｃ ｔｎｇｓ ｗ ｅ ｅ ｓｔ ｉ ｄ ａｔ ００℃ ｄｕｒｎｇ ｄｉｆ ｒ ｎｔ ａ ｓ ｒ ｎｓ ｏ ｍ ｔｏｎ ｏ ｅｘ ｔ ｒ ｌｂａ ｒ ｅ ｏａ ｉ ｒ ｕｄ ｅ １１ ｉ ｆ ｅ ｅ ｎ— ｎｅ ｌｎ ｔｍ ｅ ｉ ｒ ｏｒ ｖ ｕｕｍ ａ ｉ ｇ ｉ ｎ ａｉ ａｃ ｂｙ ａｓ ａ ｐｒ ｙｉ ｐｌ ｍ ｓ ａ ｎｇ．Ｔｈｅ ｒ ｕｌｓ ｈｏｗ ｔ ｔ ｈｅ Ｚｒ ｒ ｎｓ ｏｒ ａｔｏ ｆ ｏｍ ｐｈａｓ ｔ Ｔ ｅｓ ｔ ｓ ｈａ ｔ Ｏ２ ｔ ａ ｆ ｍ ｉ ｎ ｒ Ｍ ｅ Ｏ ｐｈａ ｓｅ ｄｕｒｎｇ ｐｌ ｓ ａ ｓ ａｙ ｎｇ ａｎｄ ｆｏｍ ｐｈａｓ Ｏ Ｍ ｉ ａ ｍ ｐｒ ｉ ｒ Ｔ ｅ ｔ ｐｈａ ｅ ａｆｅｒａ ｅａ ｉ ｎ ａｒ． ｔ ｗａｓａｌ ｏ ｒ ｖｅ ｅｄ ｔ ｔ Ｎｉ Ａ １ １ ｙ－ ｓ ｔ ｎｎ ｌｎｇ ｉ ｉ Ｉ ｓ ｅ ａｌ ｈａ Ｃｒ Ｙ ａ ｅ ｓ ｐ ｔａｌｙ ｏｘｉ ｚ ｏｒ ｉ ｇ １０ ３ａｎｄ Ｎ ｉ １Ｏ ４ｐｈａ ｅｓ ， ｒ ｉ ａｒ ｉ ｌ ｄｉｅｄ ｆ ｍ ｎ Ａ ２ Ａ ２ ｓ ａｎｄ ｏｂｖｉ ｉ ｏｔ ｏｐｙ ｉ ｓ ｏｖｅ ｅ ｎ ｒ － ｉＡ １ｐｈａ ｅ． ｏｕｓ ａｎ ｓ ｒ ｓ ｄｉｃ ｒ ｄ ｉ Ｎ ３ ｓ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｔ ｈｅｒ ａ ｒ ｉ ｒ ｃ ｔｎｇｓ；ｐｈａ ｅ ｓｔ ｕｃ ｕｒ ｍ ｌｂａ ｒ ｅ ｏａ ｉ ｓ ｒ ｔ ｅ
热 障 涂 层 （ ｅ ｍａ Ｂ ｒｉｒＣ ａｉｇ Ｔｈ ｒ ｌ ａ ｒ ｏ ｔ ｓ— ＴＢ ｓ 是 ｅ ｎ Ｃ ） ２ ０世 纪 ５ ０年 代 初 期 ， 由美 国 ＮＡＳ 刘 易 斯 研 究 中 心 Ａ 开始 研 究 的 。 等 离 子 喷 涂 两 层 热 障 涂 层 已成 为 研 制 高
ＬＰＰＳ ４ ６ ３５ — ５ ０ ３５ ０ ２ ４ ２６ ８ ０ ０ ００ １５
许 多 学 者 对 ＴＢ ｓ的 失 效 机 理 做 了 研究 。文 献 ［ ］ Ｃ ２
指 出 ， 期 ， 国 的 Ｍ ｉｅ 早 美 ｌ ｒ认 为 ＴＢ ｓ的 失 效 主 要 是 由 ｌ Ｃ
性 能发 动 机 不 可 缺 少 的 一 种 工 艺 技 术 ［ 。 １ ］
表 １ Ｌ Ｐ Ｐ Ｓ和 ＡＰ Ｓ的 喷 涂 参 数
氩 气 氢 气 电 流 入 送 粉 喷 涂 腔 体 走 枪 输 流 量 流 量 功 率 速 度 距 离 压 力 速 度 ／ ｌ・ｍｉ －１ ｌ ａｉ － Ａ ／ Ｗ ｇ・ｍｉ 一 ／ １ ／ ／ ｎ ・ｒ ｎ １ ／ ／ ｋ ／ ｎ ｍＩ Ｐａ ｍｍ ・ — ： ｓ
果 表 明 ， 涂 过 程 中 ， ｒ 发 生 Ｍ 相 一 Ｔ 相 转 变 ； 大 气 环 境 扩 散 处 理 后 ， ｒ 发 生 Ｔ 相 一 Ｍ 相 转 变 ， Ｃｒ Ｙ 相 被 氧 喷 Ｚ Ｏ 经 Ｚ Ｏ。 Ｎｉ Ａ１ 化 形 成 Ａ１ Ｏ。和 Ｎ Ａ１ 相 ， 时 ｒ一 。 相 有 强 烈 的 择 优 取 向 。 ｉ Ｏ 同 Ｎｉ Ａ１ 关 键 词 ： 障 涂 层 ；相 结 构 热 中 图 分 类 号 ： Ｇ１ ４ ４ Ｔ ７．５ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １３ １ （０ ２ ０ — ０ １０ １ ０—８４ ２０ ）５０１－３