与开发新型高温合金材料相比 ， 热障涂层的研究成本相对较低 ， 工艺也现实可行13 。
1.2.2 热障涂层的结构目前 ， 热障涂层根据不同的 。

18、要求可设计成双层系统、多层系统以及梯度层系统三种结构形式 ， 图1为热障涂层结构示意图 。
双层结构(如图1.1a所示)是目前实际应用在燃烧室及叶片上的热障涂层 。
由涂覆在高温合金基体上的陶瓷顶层和粘结层构成 。
顶层为氧化钇稳定氧化锆陶瓷材料 ， 主要起隔热作用；粘结层为MCrAlY ， 起增加陶瓷层与基体的结合力和抗氧化的作用 。
图2为其构造和工作原理14-16 。
图1.2表示燃气轮机叶片在工作中的状态 ， 从叶片外部的高温燃气一侧到内部的冷却气体一侧的温度分布由图中的实线表示 ， 可以看出 ， 叶片高温合金基体中的降很小 ， 如果没有热障涂层则基体位于高温条件下 ， 将很难达到实际应用的要求17 。
双层热障涂层结构具有很强的抗氧化和隔 。

【合金|钴基合金上热障涂层的制备及高温性能研究】19、热作用 ， 而且其制备工艺简单 ， 所以实际多采用这种结构 。
但粘结底层与陶瓷层的界面明显 ， 热膨胀系数在界面跃变较大 ， 在热载荷的作用下 ， 在涂层内部将产生较大应力 ， 使涂层的抗热震性能难以得到进一步提高 。
陶瓷层越厚 ， 涂层的隔热效果越强 ， 相应地涂层与基材的温度差越高 ， 在界面处产生的热应力越大 ， 越易于剥落18-19 。
（c）梯度结构（b）多层结构粘结层基体陶瓷顶层隔热层封阻层粘结层陶瓷顶层隔热层基体陶瓷顶层陶瓷含量基体粘结层含量（a）双层结构图1.1 热障涂层结构示意图燃气陶瓷层粘结层基体温度冷气图1.2 双层热障涂层结构的构造和工作原理示意图为了缓解涂层内的热效应不匹配 ， 提高涂层的整体抗氧化及抗热腐蚀能力 ， 发展 。

20、了多层结构涂层（如图1.1b所示) 。
多层系统是在双层基础上多加了几层封阻层或隔热层 。
在高温工作环境中封阻层可以阻止外部腐蚀性介质侵蚀粘结层 ， 降低氧通过陶瓷层向粘结层的扩散速度 ， 从而使这种多层结构能有效地防止粘结层的氧化 。
但这种系统对抗热震性能改善不大 ， 且热力学行为和制备工艺比较复杂 ， 重复性、可靠性略差 ， 因而逐渐被近年来新发展的梯度涂层所取代20 。
最新发展的梯度涂层(如图1.1c所示) ， 是指化学成分、组织结构及力学性能沿涂层厚度方向呈梯度连续变化的涂层 ， 从而避免了由于热膨胀系数不匹配等原因所造成的陶瓷层过早脱落 。
乌克兰巴顿焊接研究所采用电子束物理气相沉积工艺制备的梯度热障涂层的抗热震性能得到了改 。

21、善 ， 而且与金属基体具有更高的粘结强度 。
梯度结构提高了涂层与基体的粘结强度和涂层的内聚强度 ， 具有理想涂层设计的高温性能 ， 抗热震性能优于双层涂层 ， 但由于制备技术复杂 ， 仍处在设计试验研究阶段 。
1.2.3 热障涂层的成分热障涂层主要是利用陶瓷的耐热性、耐磨性和低的热导率 ， 从而屏蔽热量 ， 降低涡轮叶片的温度 ， 提高其在高温环境下的工作能力21 。
目前广泛应用的表层陶瓷材料为6%-8%Y2O3部分稳定的ZrO2的陶瓷表层和MCrAlY(M=Ni ， Co等)的金属粘结底层构成 。
陶瓷层材料具有许多优异的特性：(1)高熔点（一般可达2800）；(2)低热导率（0.009W/m/）；(3)高热膨胀系数 ， 而且与基体合金接近 。

22、；(4)良好的抗热冲击性能 ， ZrO2涂层具有高孔隙率和应变容限行=性 ， 能够缓解热循环带来的热应力；(5)耐高温氧化；(6)优良的高温化学稳定性；(7)优异的综合机械性能 ， 具有较高的抗弯强度和断裂韧性 。
粘结底层中 ， Al、Cr是影响这种合金抗氧化的重要元素 。
Al是生成Al2O3氧化膜所必需的元素 ， 高Al量能够延长高温氧化条件下涂层的寿命 ， 但又会带来额外的脆性 ， 国内外倾向于使用Al含量7.5的涂层 。
组元Cr主要提高抗氧化和抗硫蚀 。
在高温条件下 ， 粘结底层中的Al选择氧化完毕后 ， 继续在氧化铝膜与粘结底层之间形成氧化铬膜 ， 起到屏蔽基体合金的作用 。
同时Cr能够促进Al2O3膜的生成22 。
氧化膜过厚会降低结合 。

23、层的粘性 ， 当MCrAlY层与陶瓷层之间氧化膜厚度达到3-5m ， 足以引起陶瓷层剥落 。
加入微量元素Y不仅能提高氧化物膜层与基体结合力的作用 ， 而且可以改善涂层的热震性能 ， 涂层中还可以添加其他合金化元素 。

稿源：(未知)

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标题：合金|钴基合金上热障涂层的制备及高温性能研究( 三 )