热障涂层的应用不仅可以降低发动机高温合金的温度 ,大幅度提高发动机的可靠性 ,而且可以在同样推力条件下节约燃料,为此, 自 20世纪 50年代以来 ,在国内外受到广泛关注 。目前由金属结合层与氧化锆陶瓷构成的热障涂层体系 (TBCs)已经在航空发动机与燃气轮机中获得了成功应用。然而, 热障涂层在使用过程中将会发生氧化锆涂层脱落而导致失效,致使其寿命有限。因此, 如何通过涂层体系结构设计和成分组织结构控制等途径进一步提高热障涂层在使用过程中的稳定性与寿命, 现已成 迄今的研究与实际应用已经在涂层结构设计与涂层材料的选定方面取得了重要进展, 对涂层失效模式及涂层寿命也取得了一定的认识 。梯度结构热障涂层 ,即在金属黏结底层和表面陶瓷层之间插入多层不同比例的金属和陶瓷复合的阶梯型过渡层 ,可在一定程度上缓和 TBCs系统的热应力, 梯度过渡层中的金属组元可改善涂层的韧性 , 提高 TBCs的抗热震性能,延长涂层的使用寿命。
目前制备梯度热障涂层的主要方法是将金属与陶瓷粉末按一定的比例混合后进行等离子分层喷涂 ,这种方法带来了很多弊端。一是很难保证 2种粉末都能同时处于良好的熔融状态———将熔点相差很大的陶瓷粉与合金粉一起送入等离子焰流当中 ,若要保证高熔点的陶瓷组分有良好的熔融状态 ,则低熔点的合金相就会过熔和严重氧化, 失去了其增韧作用 ;二是分层喷涂仍会在涂层内部形成内界面 ,在循环应力作用下, 易由于应力集中而导致涂层开裂或剥落。
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