热障涂层一般用于1000℃以上高温环境中，降低热量向基体材料的传入，提高基材的使用温度。热障涂层材料目前只有Y2O3或MgO稳定的ZrO2。经过进一步的研究，Y2O3稳定的ZrO2涂层材料成为现今广泛研究和普遍采用的重要TBCs材料。Y2O3的含量对ZrO2热导率影响不大，但对于陶瓷层的线胀系数影响非常大。陶瓷层则为7%Y2O3部分稳定的ZrO2，这种热障涂层系统具有良好的抗氧化隔热作用，结构简单，耐热性好，如图3-1所示。......
2023-06-18
现代航空发动机的关键技术：热障涂层
【摘要】：热障涂层是现代航空发动机的关键技术之一。仅200～400μm厚的热障陶瓷涂层，就能使金属零件表面的温度降低200～300℃，并保护涡轮机叶片或其他热端部件免受燃气腐蚀和冲蚀。TBC涂层的应用为航空发动机及燃气轮机工业带来重大的改进和效益。CeYSZ涂层具有优良的热屏蔽性能，而韧性好的YSZ涂层则能承受热疲劳冲击。
热障涂层（TBC）是现代航空发动机的关键技术之一。其主要作用：①提高燃气温度，有效提高发动机的热效率；②能有效降低热端部件金属材料表面温度，从而延长热端部件的服役寿命。目前TBC已经成功应用于航空发动机和燃气轮机燃烧室、涡轮叶片、尾喷管、过渡段等其他热端部件。基本原理是基于陶瓷材料具有化学稳定好、高的熔点和低的热导率，且涂层含有一定数量的孔隙率，因而使热障涂层成为很好的高温隔热材料。它能把喷气发动机和燃气轮机的高温部件与高温燃气隔离开来。仅200～400μm厚的热障陶瓷涂层，就能使金属零件表面的温度降低200～300℃，并保护涡轮机叶片或其他热端部件免受燃气腐蚀和冲蚀。
TBC涂层的应用为航空发动机及燃气轮机工业带来重大的改进和效益。传统的TBC涂层采用双层复合涂层结构——MCrAlY结合底层+YSZ（Y2O3-ZrO2）工作面层。随着航空发动机推重比的增加，其热端部件所承受的温度越来越高，对TBC涂层提出了更高的要求，为此推动TBC涂层材料和涂层新结构的发展：①新的TBC涂层材料的发展，如氧化锆增韧、纳米氧化锆、稀土锆酸盐（锆酸镧、铈酸镧、锆酸钕）、纳米稀土锆酸盐、六铝酸盐等新型TBC涂层材料，有望发展成为新型热障涂层，满足更高温度使用需求；②涂层新结构，除典型的双层结构TBC涂层外，梯度涂层结构、双陶瓷层结构和界面微区梯度结构、双陶瓷层等TBC涂层新结构可有效地增加涂层与基体材料的相容性，提高涂层服役寿命。Kazuo Ueno等人对ZrO2TBC涂层的研究，发现稀土氧化物CeO2可以改善ZrO2的稳定性，同时显著降低ZrO2材料的热导率，设计出新型双陶瓷层TBC涂层系统——MCrAlY结合底层、YSZ（Y2O3-ZrO2）中间层、CeYSZ（CeO2-Y2O3-ZrO2）工作顶层。CeYSZ涂层具有优良的热屏蔽性能，而韧性好的YSZ涂层则能承受热疲劳冲击。这种双层陶瓷TBC涂层显示出优良的耐热振性能，预计不久将投入实际应用。纳米ZrO2具有良好的特性行为，用作TBC涂层已在航空发动机中开始应用。
TBC涂层的制备通常采用HVOF喷涂MCrAlY结合底层、APS或VPS喷涂中间层和工作顶层。
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2023-06-18
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