PDF《热障涂层的研究现状与发展趋势》

第 卷第 期 中国有色金属学报 年月17

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17 No.1 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Jan.

2007 文章编号:1004-0609(2007)01-0001-13 热障涂层的研究现状与发展趋势 刘纯波1 ,林锋2 ,蒋显亮1 (1. 中南大学 材料科学与工程学院,长沙 410083;

2. 北京矿冶研究总院 金属材料研究所,北京 100044) 摘要:热障涂层是一类高温防护涂层,由于其应用的广泛性,已成为近年来涂层研究领域的热点之一.对热障 涂层国内外的研究进展进行了综述, 重点阐述热障涂层成分的选择、 热障涂层的结构设计、 热障涂层的制备工艺、 热障涂层的失效机理、寿命预测以及热障涂层的发展趋势. 关键词:ZrO2陶瓷;

纳米结构涂层;

热障涂层;

热喷涂;

失效机理 中图分类号:TG174 文献标识码:A Current state and future development of thermal barrier coating LIU Chun-bo1 , LIN Feng2 , JIANG Xian-liang1 (1. School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;

2. Institute of Metallic Materials, Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 100044, China) Abstract: Thermal barrier coating (TBC) is a kind of high temperature protection coating. Because of its wide application, it has attracted more and more interests in recent years. The research progress of thermal barrier coating worldwide was reviewed, covering TBC composition selection, structure design, coating forming techniques, failure mechanisms, life prediction as well as the future development of TBC. Key words:ZrO2 ceramic;

nano-structured coating;

thermal barrier coating;

thermal spray;

failure mechanism 为了降低未来航天航空发动机的燃料消耗,提高 推力/质量比和使用寿命,许多密度低、室温韧性 好、高温强度高的先进材料将被大量使用,各种功能 涂层将得到广泛应用,其中热障涂层对提高发动机工 作温度起着非常重要的作用[1] .所谓热障涂层是指由 金属粘结层和陶瓷表面涂层组成的涂层系统.陶瓷层 是借助于中间抗高温氧化作用的合金粘结层而与基体 连结的.这一中间过渡层减少了界面应力,避免陶瓷 层的过早剥落.迄今为止,等离子体喷涂氧化钇部分 稳定的氧化锆由于具有较低的热导率和与高温合金基 体接近的热膨胀系数而成为热障涂层的最佳材料,并 已成功用于燃气发动机的燃烧室和涡轮机叶片.由于 热障涂层具有降低金属基体的使用温度、保护基体免 受高温氧化等许多优点,因此,随着科学技术的发 展,在航天、航空、燃气发电、化工、冶金等众多领 域,热障涂层将会得到更广泛的研究与应用. 本文作者重点阐述了热障涂层成分的选择、结构 设计、制备工艺、失效机理、寿命预测以及热障涂层 的发展趋势.

1 热障涂层发展历史 在过去的

50 多年时间里, 燃气发动机零部件用材 料和制备技术得到了很大的发展,从锻造合金发展到 常规铸造合金,再从定向凝固合金发展到单晶材 料,材料的使用温度提高近

300 ℃,接近金属使用极 限温度.热障涂层对进一步提高合金材料的使用温度 基金项目:国家人事部留学回国人员择优发展资助项目 收稿日期:2006-05-11;

修订日期:2006-11-09 通讯作者:蒋显亮,教授;

电话:0731-8876307;

E-mail: xljiang@mail.csu.edu.cn 中国有色金属学报

2007 年1月2发挥着重要的作用,可以提高使用温度100~