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热障涂层

所谓热障徐层是指由金属缓冲层(或称金属粘结层)和耐热性、隔热性好的陶瓷热保护功能涂层组成的“层合型”金属陶瓷复合涂层系统。表面向瓷工作层是借助于处于基体和陶瓷层之间的金属粘结层与高温合金基体结合的。该中间过渡层具有优异的耐高温抗氧化性能，热膨胀系数介于基体金属与表面陶瓷层之间，可减缓界面应力，提高涂层的结合强度、抗热震性能和工作寿命。

热障涂层是运用于航空发动机和地面燃气轮机涡轮叶片及其他热区的涂层体系，可以阻断金属部件与热气流的直接接触，承担着降低金属部件的温度，保护金属部件不受高温气流的腐蚀和氧化，提高热机工作效率和服役寿命的作用。热障涂层通常包括高温合金基体、金属粘结层、热生长氧化层和陶瓷顶层四个部分。金属粘结层位于基体和陶瓷顶层之间，可以减小陶瓷层与基体之间热膨胀系数的差异，提高陶瓷顶层和基体之间的结合性能，进而增强热障涂层系统的稳定性；同时，金属粘结层还承担阻止氧扩散的功能，提高金属基体的抗氧化能力。陶瓷顶层主要提供热障涂层系统所需的隔热性能，在极端恶劣的热化学和热机械服役环境中，要求陶瓷层必须同时满足一系列的热机械性能指标，比如：在发电时间可达3万小时的燃气轮机中，要求陶瓷层的晶体结构（物相结构）和微观结构必须在长时间的高温热腐蚀下保持稳定；同时，在航空推进系统中，频繁的急速升降温过程要求陶瓷层必须具有一定的应变容忍性和足够的断裂韧性，以满足热震性能需求；此外，陶瓷层还需要具有一定的抗腐蚀能力。

热障涂层的耐久性极大程度上由粘结层和陶瓷层共同决定。粘结层在高温氧化过程中表面生成连续、界面结合性能优异且生长速率缓慢的α-Al2O3层，以此来实现提高结合以及抗氧化功能。上海交通大学材料科学与工程学院赵晓峰教授课题组设计了一种新型Y-Hf共掺杂AlCoCrFeNi高熵合金体系，该合金体系在1100℃下氧化1000小时之后，表面未出现任何形式的剥落，具有极低的氧化速率和优异的抗剥落能力。

热障涂层系统要求涂层既有良好的隔热效果，又有抗高温氧化及热冲击性能。针对在腐蚀介质中的特殊要求，还要具有高温耐蚀性能。热障涂层的基本设计思想就是利用陶瓷的高耐热性、抗腐蚀性和低导热性，实现对基体合金材料的保护。热障涂层主要由陶瓷表层和结合底层所组成。

热障涂层不仅可以达到提高抗腐蚀能力，进一步提高发动机工作温度，而且可以减少燃油消耗(据估计近20%)、延长热端部件的使用寿命；与开发新的高温合金材料比较，热障涂层技术的研究发展成本要低得多，工艺也现实可行。因此，热障涂层技术成为未来发动机热端部件高温防护涂层技术的发展方向。另外，热障涂层在轮船、汽车、能源等领域的热端部件上也有着广泛的应用与研究。

1，等离子喷涂法

2，电子束物理气相沉积法

3，超音速火焰喷涂

4，静电喷涂辅助气相沉积

5，激光熔覆法

热障涂层的主要制备技术包括:如磁控溅射、离子镀、电弧蒸镀、等离子喷涂技术（大气等离子、低压等离子喷涂技术）、电子束物理气相沉积（EB-PVD ） 。其中，应用为广泛的当属等离子喷涂技术以及电子束物理气相沉积。