激光熔覆技术制备网状衬垫的工艺研究(2)
航空发动机部件的制备。同时，随着航空航天技术的发展，航空发动机工作性能
越来越高，对航空材料的性能要求也越来越高。
1.1.2 热障涂层的现存问题与解决方案
（1）现存问题：
目前， 主要有两种提高航空发动机性能的方法。 第一种是提高燃烧室的温度，
第二种是减轻发动机自重。 而提高涡轮进口温度是提高发动机推重比和推动力的
主要措施。因而叶片材料必须具有更高的高温抗氧化腐蚀的能力，来满足上述要
求。但是，镍基合金受到自身熔点的限制不能满足该需要，所以为了降低镍基合
金表面的温度，目前有两种方法。方法一是用压缩空气，冷却叶片表面温度。 方
法二是在叶片表面制备一层陶瓷类的热障涂层。方法一冷却效果欠佳，同时损失
热量，降低燃油利用率和发动机效率[1-4]
。方法二利用陶瓷的差热导性和抗高温
氧化腐蚀性保护镍基合金。目前，制备热障涂层已成为解决该问题的主要途径。
然而，热障涂层与镍基合金差异较大的热膨胀系数等热物性，使得在热循环
过程中，常常出现涂层开裂、脱落的现象，从而影响发动机性能。
（2）解决方案：
热障涂层是由合金基体、金属粘结层、陶瓷面层组成的涂层系统。为解决热
障涂层易开裂脱落的问题，国内外学者在该方面投入进行了大量的研究工作[5-7]
。
在提高表面粗糙度方面， 喷砂和高压水射流处理虽然可以提高基体表面粗糙
度，进而提高涂层与基体的机械结合强度，却降低了基体的疲劳寿命和抗腐蚀性能。在制备热障涂层方面，EB-PVD技术制备的热障涂层具有与基体冶金结合的
优点，显著提高了涂层的结合强度，但是受限于工件的形状，且制备成本太高，
原材料利用率太低。梯度结构涂层虽然消除了陶瓷涂层与粘结层的急变界面， 缓
解了应力集中，提高了涂层与基体的结合强度，但是在高温服役条件下，却存在
梯度层内弥散分布的合金组元迅速氧化的问题[8-12]
。
1.1.3 网状衬垫的研究现状
为了更好地解决热障涂层易开裂脱落的问题，以充分发挥热障涂层的作用，
新的涂层制备技术的开发与应用成为热障涂层的研发高地。研究表明，具有较高
孔隙率的网状或多孔结构材料，可通过孔棱变形来降低应力，提高应变容限[13]
。
因此，网状或多孔结构的过渡层成为提高涂层与基体集合强度、降低涂层开裂脱
落倾向的有效方法。
目前，主要有三种制备网状/多孔过渡层的方法。
第一种方法是在高温合金基体上钎焊一定厚度的由 FeCrAl 金属纤文烧结而
成的金属毡，然后在其上等离子喷涂氧化钇部分稳定的氧化锆陶瓷涂层[14]
。第二
种是调整 NiCrAlY 中聚苯酯的含量，,在高温合金基体上共沉积制备粘结层，然
后在高温下烧掉聚苯酯，即可得到不同空隙率的多孔结构[15]
。第三种是基于蜂窝
结构设计，在基体材料上焊接金属蜂窝，如图1.1，然后喷涂陶瓷粉末[16]
。
方法一利用金属毡内较大的孔隙度， 使冷热循环过程中内部有足够的变形空
间，降低涂层与基体间的热应力，提高结合强度。方法二既可明显缓解热障涂层
的热应力， 又提高了涂层与基体的结合强度。 方法三由于金属蜂窝分隔陶瓷涂层，
增加涂层与基体的结合面积和变形能力，而且蜂窝结构还起到加强筋的作用， 显
著提高涂层与基体的结合强度。近年来基于激光直接沉积的3D打印技术得到了迅速的发展[17-20]