Ni-Mo-Al-RE镀层的制备及其表征(3)
此外，热障涂层（TBCs）又能作为一种陶瓷涂层，可以沉积在耐高温的金属表面上，由具有优良隔热性能的陶瓷氧化物层和可以起到粘结作用的金属粘结层共同组成[5]。陶瓷层的作用是沿涂层厚度形成高温梯度，减弱基体传热，进而提高基体的抗高温氧化、抗腐蚀以及抗磨损性能[6]。而粘结层的作用则是令陶瓷层和合金基体的物理性能互相兼容。热障涂层可以通过对基底材料隔热和降低温度，进而使得其制成的部件能在高温下正常运行，提高了器件的热效率[7]。
但随着航天航空技术的发展，对热障涂层的使用温度和使用寿命提出了更高的要求。热障涂层的粘结层、基体之间以及面层、粘结层之间的结合是整个部件的薄弱环节, 也是影响热障涂层使用寿命的关键所在。热障涂层采用金属结合底层的目的是为改善陶瓷面层和基体合金的物理相容性能以及抗氧化保护基体的作用[8]钼的中子吸收截面小, 有较好的强度, 对核燃料有较好的稳定性,抗液体金属腐蚀性好, 在核聚变反应堆中作转换器铠装元件的保护片。镍钼合金具备良好的导热性、导电性以及较低的热膨胀系数，在高温下(1100～1650℃)具有较高的强度，比钨也更容易加工。元素Al的加入能使粘结层表面被氧化成均一、稳定、连续的Al2O3层就成为了改善热障涂层使用寿命的关键。稀土元素的引入可以增大合金电沉积过程的阴极极化，提高电镀过程的电流效率[9]。
在对于热障涂层服役寿命的研究上，发现影响因素有很多，包括热循环冷热交替过程中的陶瓷层高温相稳定性、热膨胀系数匹配性、抗高温氧化腐蚀性能、抗高温冲蚀性能以及高温抗烧结性能等[10]。而在这之中，粘结层与陶瓷层之间形成的热生长氧化物是导致涂层界面在高温环境下应力过大，进而导致界面或者靠近界面位置的陶瓷层萌生裂纹并扩展和链接，最终引起涂层失效的重要原因[11,12]。
1.1.2 Al在粘结层中的应用
粘结层可以有效提高合金基体的抗氧化性能，同时能够改善陶瓷层与高温金属合金基底二者的物理相容性能，并可以在力学性能、热膨胀系数以及界面结合强度等方面起到过渡的作用[13,14]，故而，粘结层材料是影响热障涂层（TBCs）抗热震性能的关键因素[15]。其实，粘结层不仅增强了陶瓷层和合金基体彼此的结合强度，还防止合金基体被氧化。
Al的加入可以在界面处形成致密的Al203膜，它可以阻止外部氧气通过孔隙向内扩散以及内部的基体元素不断的向外扩散，由此阻止了高温氧化反应的进行，对合金基体起到保护作用。因此，Al含量相对变高，可以提高涂层的抗高温氧化性能并且对降低TGo生长速度也是有益的。但是Al含量过多会增大涂层的脆性，故而，粘结层中Al的含量一般为5～12wt％。Y的添加可以改善氧化物(TGO)和粘结层的粘附性，并且降低粘结层的氧化速率，提高粘结层的抗高温氧化性能。但是Y在合金中的溶解度很低，而且Y含量过高将偏聚在晶界处，会被优先氧化而造成局部腐蚀，而使得粘结层抗高温氧化能力以及热腐蚀能力下降，因此，粘结层中Y的含量量一般小于1wt％。粘结层中加入Hf是为了促进α-A1203形成，进而形成致密的氧化膜来阻止合金基体元素向外扩散；增加粘结层与TGO彼此之间的粘附性以及抗氧化性。需要说明的是，Hf的价格很贵，而且在实际涂层中添加Hf含量也很少。通常在实际的应用中，NiCoCrAlY粘结层的抗氧化性能以及抗热腐蚀的综合性能比较好，因此，飞机发动机的的涡轮叶片中所使用的热障涂层基本都采用的这种合金体系[16]。
MCrAlY涂层是陶瓷层和金属基底的粘结层，它可以防止金属基底受到氧化。多数高温运行的情况下，设计MCrAlY涂层是为了生成一层保护性的热生长层( TGO) α-2A1203 薄膜。尽管影响热障涂层寿命的因素很多，但MCrAlY涂层的氧化是热障涂层失效的主要原因之一[17-21]。并且随着运行温度的升高，MCrAlY涂层的氧化成为制约延长热障涂层寿命的瓶颈。为了有效地提高热障涂层的使用寿命，对金属粘结层材料成分进行优化研究是十分必要的。
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