李淑鑫，吕 哲，周艳文

(辽宁科技大学 材料与冶金学院 ，辽宁 鞍山 114051)

近年来，为了进一步提高涡轮机的进气温度，提高发动机的功率和热效率，热障涂层被研究并应用于这些工作环境。通过热喷涂技术制备的热障涂层(TBC)已经成功地应用于在热部件中保护金属部件热气体，使现代燃气涡轮发动机能够在燃气温度下运行远高于高温合金的熔化温度[1]。典型的TBC由金属黏结层和陶瓷顶层组成。黏结涂层(BC)由超合金基底MCrAlY组成，以减轻热量陶瓷层和基板之间的热膨胀系数不匹配，顶部陶瓷涂层提供隔热效果。燃气涡轮机热部件和航空发动机在服役过程中，需要经历周期性的迅速加热升温和强制快速冷却的热冲击过程[2]。随着热障涂层服役的时间增长,涂层中应力不断的积累，同时燃气中杂质化合物也会腐蚀涂层，最终导致涂层从热端部件表面剥落[3]。影响热障涂层失效的因素主要包括氧化物生长、陶瓷涂层的烧结和相变应力的产生[4-6]。

最先进的TBC材料其成分为7%～8%三元稳定氧化锆(8YSZ)，它具有高韧性、高热膨胀系数(CTE)，以及相对较低的电导率，但是在1 200 ℃或者更高的温度下长期工作容易发生脱落。高温工作环境下YSZ可能会经历非均衡的相变，由四方相(t′)转变为四方相(t)和立方相(c)，在随后的冷却过程中t相进一步向单斜相(m)转变；此外，高温会诱导陶瓷顶涂层的烧结，导致应变公差、孔隙率的降低和弹性的增加，最终会加速TBC失效[7]。新一代先进燃气发动机需要更高的涡轮机入口温度(>1 250 ℃)，这意味着TBC的表面温度也会更高，传统的YSZ无法承受如此高温的工作条件[8]。