第pan>章緒論 pan>．pan>熱障塗層簡介 pan>．pan>．pan>熱障塗層的概念及用途 隨著燃氣輪機向方向發展，在燃氣輪機高溫繫統中工作的許多金屬部件將經受更嚴酷的高溫、高應力、熱衝擊、腐蝕、粒子衝蝕等考驗。為了提高這些高溫部件工作的可靠性、延長其使用壽命，需在它們的工作表面制備一層熱絕緣抗腐蝕塗層，使高溫燃氣和部件合金基體之間產生很大的溫降，以提高合金基體的耐熱和耐腐蝕性能，保證這些部件在相對較高的溫度下工作，這類熱絕緣抗腐蝕塗層就稱為熱障塗層(thermal barrier coatings，TBCs)。 隨著航空發動機不斷向高流量比、高推重比、口溫度方向發展，燃燒室中的燃氣溫度和壓力也不斷提高。推重比為8的發動機燃燒室中的燃氣溫度為1300～1400℃；推重比為10的發動機燃燒室中的燃氣溫度則升高到1600～1700~(：；預計當發動機的推重比達到20時，燃氣溫度將超過2000℃” 。為達到如此高的燃氣溫度，通常采用三種途徑：第一是研制出具有耐高溫蠕變以及抗氧化性能的合金；第二是采用的鑄造技術，一方面鑄造大塊單晶合金葉片，另一方面在葉片內部鑄造復雜的氣冷通道以增強冷卻；第三就是采用熱障塗層技術，在受熱金屬表面塗覆熱絕緣材料。 從圖pan>．pan>中可以看到，除了的冷卻技術，采用熱障塗層使燃氣輪機工作溫度上限得到明顯提高，而且提高幅度超過了鑄造技步帶來的工作溫度提高幅度，能夠使燃氣輪機的熱效率大幅度提高。 熱障塗層的主要作用就是在高溫燃氣和合金葉片基體之間提供熱屏蔽層，從而使部件能夠工作在較高溫度下以獲得率。除此之外，熱障塗層還能夠為熱焰噴發而導致的瞬時熱衝擊提供防護，從而簡化燃氣輪機葉片因考慮溫度梯度和熱變形而增加的外形設計。 pan>．pan>．2熱障塗層的結構及材料的性能要求 如圖pan>．2所示，熱障塗層體繫通括四種組分：熱障塗層、黏結層(bond coat)、熱生成氧化物層(‘thermal growth oxide)以及合金基體。熱障塗層是提供熱絕緣的主要部件，通常采用熱導率較低、高溫穩定性好的氧化物材料，采用大氣等離子噴塗(atmosphere plasma spray，APs)或電子束物理氣相沉積(electron beam physical’vapor。deposition，EB．PVD)等方法制備而成。熱障塗層除了產生溫度梯度，還需要承受外來粒子的高速衝擊磨損以及高溫化學環境的熱腐蝕，同時應當具備同合金基體良好的熱匹配以及化學相容性。使用EB-PVD方法通常制備成如圖pan>．2所示的柱狀結構，並保持一定的氣孔率，主要是為了增強熱障塗層的應力容忍度並降低熱導率。為了增強熱障塗層同合金基體的結合以及降低氧擴散能力，通常在基備一層過渡型黏結層，主要成分有兩種，即NiCrAlY合金體繫以及鉑改性擴散鋁化物。黏結層的高溫蠕變行為、屈服強度以及高溫下微觀結構的變化對整個熱障塗層體繫的性能都有很大影響。黏結層的另外一個作用就是素，素的擴散以及氧化在熱障塗層與黏結層界面形成熱生成氧化物層。A1203和黏結層的結合力較好，而且氧離子擴散繫數極小，熱生成氧化物層能夠有效阻止氧一入熱障塗層內部，氧化黏結層以及合金基體。但是A1203和黏結層之間熱膨脹繫數的巨大差異引起的熱失配已經成為熱障塗層失效的主要因素之一。 …… | 
