电沉积Ni-Mo-Al镀层的研究+文献综述(4)
为了达到改善陶瓷面层和零部件热障涂层的目的，人们通常采用金属结合底层的方法， 20世纪50年代初期，热障涂层这一想法的由来是来自美国的研究中心NASA．Lewis。
热障涂层服役寿命的影响因素有很多[16]，包括有热膨胀系数匹配性、抗高温冲蚀性能、抗高温氧化腐蚀性能、陶瓷层高温相稳定性及高温抗烧结性能等，这些都是包含在冷热交替热循环过程中的因素。在此之中，粘结层 /陶瓷层界面的热生长氧化物在很大程度上会被认为是最后导致涂层失效甚至是剥落的一大关键因素。其原因主要是因为在高温环境下引起涂层界面应力过大，导致界面或陶瓷层靠近界面位置裂纹萌生、扩展和连接 [17,18]。
1.4 粘结层对热障涂层的作用
粘结层通常处在金属基体和表面陶瓷层之间，它作为在喷涂陶瓷层时候的过渡，改善了涂层、基体之间的热膨胀差异缓解了体系的热应力，同时阻断了氧气(通过多孔的陶瓷层)氧化基体。
在航空发动机的热端部件上，陶瓷表层和金属粘结层组合成了热障涂层。陶瓷通常采用Y2O3和部分稳定性较好的ZrO2（YSZ），来作为表层，而金属粘结层采用MCrAlY，其中M为Ni或Co[19] 。粘结层材料可以提高基体的抗氧化性能，改善陶瓷涂层与基体高温合金物理相容性，从热膨胀系数、力学性能、界面结合等方面起过渡作用。[20]
所以要求粘结层材料具有以下特征[21]：
①能形成致密的抗氧化膜或耐腐蚀的氧化层，这样才能够有效的防治在温度很高的条件下，氧气或者是其他介质将基体腐蚀、氧化；
②热膨胀系数需介于金属基体和陶瓷层之间，其目的是为了减少热膨胀不匹配，降低涂层内的热应力；
③与金属基体的结合强度较大，最好为冶金结合；
④表面粗糙为佳，这样就可以提高陶瓷层与粘结层的结合强度。
1.5 Al在粘结层中的应用
粘结层抗氧化能力的提高依赖于在粘结层和陶瓷层界面生成一种稳定连续并且生长缓慢的TGO层[5]。TGO层在最初时的主要成分几乎唯有A12O3，这是因为Al对O元素的亲和力要强于粘结层中其他成分，出现有Al元素的优先氧化，在涂层使用过程中，以O元素向内扩散的氧化为主，伴随氧化膜厚度的增加，氧化膜附近的粘结层中Al含量会相应地降低，而当其不足以提供完全生成的Al2O3。时，粘结层中的Ni和Cr等元素就会被氧化，从而生成氧化物，而生成的Al2O3，会把Ni和Cr元素的氧化物包裹起来；另外，NiO和尖晶石结构氧化物的大量生成，会导致粘结层的应力大加和TGO层体积快速膨胀，导致涂层失效[22]。
此外，在新型单晶高温合金中的Ta、W、Re等元素也会慢慢向涂层扩散。在涂层表面形成氧化物，从而使涂层表面产生微裂纹，丧失对涂层的保护作用，在涂层和合金基体中，产生了大量的内氧化区域[23]。这也是涂层失效的一个原因之一。
通过加入铝可改良粘结层的抗氧化能力，提高的粘结层抗氧化能力依赖于在粘结层和陶瓷层界面上面生成的一种连续稳定并且生长缓慢的TGO层。由于致密的Al2O3层对氧与金属离子具备低的扩散率，同时还具备十分高的热和化学稳定性[24]。
张晓囡等[39]介绍了热障涂层体系陶瓷层/粘结层界面的氧化过程和粘结层/基体界面金属元素的互扩散现象。在其中加入Al2O3氧扩散阻挡层，在很大的程度上有效防止了金属层的氧化行为，并增强了陶瓷层的粘结强度，从而提高了热障涂层的性能，延长了其涂层的寿命。
而徐金[25]发现，在粘结层中所添加的铝含量在2-wt%的时候，界面粘附性即是最有利的；当铝含量少于10-wt%的时候,对改良TGO与粘结层之间的界面的粘附性有帮助,而多于10-wt%的时候，是不利于界面结合的铝含量小于或者等于8-wt%的时候，则应该是有利于缓解界面的应力的"。因此，改善热障涂层寿命的关键即如何能够使得粘结层合金元素Al在其表面被氧化成均一连续的Al2O3层。
上一篇：新型奶香型卷烟加料加香的技术研究