通常情况下，热障涂层由陶瓷涂层和金属粘结层两部分组成。涂层表面的陶瓷层部分通常是6%-8%Y2O3部分稳定化的ZrO2(YSZ)，其作用是形成沿涂层厚度方向的的高温梯度，以阻挡向基体合金材料方向的传热，从而提高基体的抗磨损、抗高温氧化以及耐腐蚀性能[2]。而金属粘结层的主要功能是使陶瓷层和基体合金物理性能更加兼容，从而使基体的抗高温氧化能力得到一定程度上的提升，可以从界面结合程度、力学性能以及热膨胀系数等几个方面起到至关重要的过渡缓冲效果[3-5]。

由于热障涂层对基底起到隔热和降温的作用，使器件能在高温的环境下正常运行，并且能够使器件的热效率得到一定程度的提高[6]。当热障涂层应用于燃气轮机时，可能会由于热疲劳而失效，从而导致陶瓷表层从金属粘结层上脱落[7]。

热障涂层技术已是当今航空发动机高温端组件表面防护课题中不可缺少的关键技术。随着社会科学与技术的不断发展，TBC技术将在电力，冶金，化工以及航空航天等领域得到更加深入的研究与更加广泛的应用[8]。因此，如何延长热障涂层寿命成为了当下研究的关键课题[9]。

1.2  热障涂层与热障涂层金属粘结层

目前，针对热障涂层的结构可分为三种情况：双层结构体系、多层结构体系以及梯度结构体系[8]。

双层结构的热障涂层主要由表面的陶瓷涂层和金属粘结层两部分组成，它的优点是结构简单、工艺成熟。然而，陶瓷层与粘结层之间的热弹性模量和膨胀系数差别较大，所以在高温热循环的过程当中易脱落。

多层结构热障涂层一般由多层隔热层、金属粘结层、陶瓷顶层以及Al2O3阻氧层组成，可以降低界面热物理性能的不匹配程度。与双层结构相比，该结构虽然降低了氧化层的生长速率，提高了涂层的抗氧化性，但是工艺条件复杂，并且抗热震性能并没有得到较大的改善，因此多层结构的热障涂层在某些领域的应用中受到了限制。

为了进一步改善热障涂层的抗高温氧化能力和某些特定的力学性能，在涂层中应用了阶梯结构的理念，即热障涂层在化学组成成分、力学性能和组织结构方面在涂层厚度的方向上呈现阶梯变化的趋势，使陶瓷层和高温合金在性能匹配程度上达到最佳效果，在一定程度上降低了涂层的残余应力，同时也有效地防止了涂层脱落[10]。

粘结层对于热障涂层体系是至关重要的组元之一，它的成分决定了粘结层与基体合金材料的结合强度，在高温热循环的过程当中TGO（陶瓷和粘结层界面处的一层热生长氧化层）的生长速率及其完整程度，除此之外，它还可以很好地改善表面陶瓷层与金属基体的物理相容性，并且针对因陶瓷涂层和基体热膨胀系数不匹配而产生的应力可以起很好的缓解作用，使基体高温合金的抗氧化性能得到提高[11]。金属粘结层粘结层材料应当能够与金属基体形成良好的界面扩散阻力，从而减少在服役过程当中基体与粘结层材料性能的退化[12]。

通常，金属粘结层通常会选用具有良好抗高温氧化能力的MCrAlY(M是过渡族金属Fe、Ni、Co或Ni+Co)合金材料[13]。热障涂层的金属粘结层通常会含有Co成分，这是由于Co具有抗高温氧化能力，可以提高热障涂层的循环寿命[14]。但是当它的使用温度超过1150oC时，在高温合金表面会产生一层厚氧化膜，这一层增厚氧化膜会由于过于集中的应力发生剥落，使得热障涂层因性能降低而失效。除此以外，因为在高温环境下Fe2O3和CoO很容易和ZrO2的立方相或者单斜相发生化学反应，从而使ZrO2陶瓷的稳定程度降低。所以FeCrAlY和CoCrAlY不太适合做热障涂层的粘结层使用[15]。相比于FeCrAlY和CoCrAlY，NiCoCrAlY材料的粘结层的抗氧化性能和高温抗腐蚀性能均较好。Ni或者Co均属于粘结层的基体元素，但他们各自拥有不同的物理化学性能，钴基涂层拥有较好的的耐热疲劳性能，而相比之下镍基涂层的抗氧化性能会显得更好[16]。在高温情况下，MCrAlY涂层当中的Al将向外扩散，并在粘结层的表层选择性氧化，从而产生一层致密的Al2O3保护膜，起到抗高温抗氧化的作用并且可以有效地保护基体合金材料[17]。