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    3.4.2 镀层形貌分析    30
    3.4.3 镀层的结构分析    31
    3.4.4 镀层的热膨胀系数分析    32
    5结论    34
    致谢    35
    参考文献    36
    1 引言
    1.1热障涂层
    1.1.1热障涂层简介
    热障涂层是目前为止国内外先进的航空发动机中应用较为广泛的一种耐高温的防护涂层，因为它不仅仅具有良好的抗高温氧化腐蚀性能，还具备良好的隔热作用，通过它可以有效提高发动机热端零部件的服役温度[5]。TBCs其实是一种陶瓷涂层，可以在耐高温的金属表面上进行沉积。热障涂层是指由金属粘结层和陶瓷表面涂层组成的涂层系统组成[1]。
    目前国内外应用最大的热障涂层结构为：基底+粘结层+陶瓷隔热层[2]。 顶层的陶瓷层可以起到隔热的作用，因此陶瓷层的厚度一般在100um和400um之间，材料一般采用Y203与Zr02；而中间的粘结层一般采用的是MCrAlY(其中M为Ni、Co或者Ni-Co合金)，这种材料可以有效改善合金基底与陶瓷涂层二者的热膨胀系数的匹配以及彼此的物理相容性，也可更好的提高陶瓷涂层与合金基底的相互结合强度，同时还可以起到抗氧化以及耐高温腐蚀的效果，一般采用的粘结层厚度在75um到150um之间。而高温金属合金基底则是更好的承受了结构的载荷。一般在高温度环境下，存在于粘结层中的金属元素会随着温度的升高而逐渐被氧化进而生成一层物质，即：热生长氧化物层（Thermally Grown Oxide，TGO），此种氧化层存在于粘结层与陶瓷涂层之间，其主要成分为Al2O3，厚度一般在1-10um之间。故而通常在使用一段时间后，热障涂层系统会包含四部分[3]：陶瓷层（Ceramic Top Coat，TC）、金属粘结层（Bond Coat，BC）、高温合金基体层、还有在TC与BC之间形成的热生长氧化层。热障涂层的每一部分都可以说是动态且相对独立的。但是同时它们又互相作用共同影响整个系统的工作性能和使用寿命[4]。
    陶瓷层的作用是沿涂层厚度形成高温梯度，减弱基体传热，进而提高基体的抗高温氧化、抗腐蚀以及抗磨损性能[5]。而粘结层的作用是令陶瓷层以及合金基体它们的物理性能够互相兼容。热障涂层可以通过对基底材料隔热和降低温度，进而使得其制成的部件能在高温下正常运行，提高了器件的热效率[6]。
    虽然还有许多研究人员一直在不断地寻找具备更好的工作温度的新的热障涂层材料，但是MCrAlY-ZrO2-Y2O3依然是目前为止应用最广泛的热障涂层材料[7]。
    1.1.2用于热障涂层的粘结层
    MCrAlY金属粘结层[8]主要的作用是缓解陶瓷涂层和基层热出现的一些不匹配现象，加入了了它，基体的抗氧化性能够被提高。常见的MCrAlY粘结涂层有NiCrAlY，CoCrAlY，NiCoCrAlY等许多种，他们都有不同的特性。常见的CoO、Fe2O3由于特殊性质做热障涂层的粘结底层不适合，因为在较高温度下，它与ZrO2的单斜相或立方相会发生反应。机发动机叶片用热障涂层大多采用的合金体系[9]是NiCoCrAIY粘结层，其特点是强抗氧性和抗热腐蚀综合性。
    在MCrA1Y 粘结层的成分中对粘结层在热循环过程中起重要的因素的有热氧化层的生长速度、成分、完整性、与基体的结合力和剥落行为。所以，要延长其使用寿命必须要注重MCrAIY合金粘结层成分的选择。涂层的基体元素有Ni、Co或Ni+Co。Co的抗热腐蚀性能比Ni好，但抗氧化性能比Ni差，Ni+Co的组合能够使涂层的综合抗腐蚀(氧化)性能提高；并且当Co质量百分比在20％~26％时，Ni+Co组合的涂层具有最好的韧性。在组元中，起到保证涂层的抗热腐蚀性作用的是Cr，提供涂层的抗氧化性是Al。在Ni基高温合金中Cr和Al都是固溶强化的元素，质量百分比为8%-l2%的Al经常被用于MCrAIY抗氧化涂层。为了能够使涂层具有较好的抗疲劳性能，尽可能的需要降级涂层中Al、Cr的含量，但同时仍然需要保证其抗氧化及抗热腐蚀性能。为了提高Al2O3膜层与基体结合力的作用，经常加入质量百分比小于1%的微量元素Y。涂层中还可添加Si、Ta、Ha等微量元素来改善涂层的力学及抗氧化性能，此方法也能提高氧化物与粘结层的结合强度[10-13]。
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