早期热障涂层中应用的MCrAlY粘结层,为了保证涂层具有较高的抗氧化性,涂层中Al的含量基本上都在质量百分比10%以上。但是,近期的研究表明,除了粘结层的抗氧化性对涂层寿命有直接影响以外,粘结层的力学性能对涂层寿命同样重要。Brindley和Miller的研究发现,Ni-35Cr-6Al-0.95Y涂层的抗氧化性虽然不如Ni-18Cr-12Al-0.3Y,但是涂层的热循环寿命却相对更长一些。对实验结果的分析显示,Ni-35Cr-6Al-0.95Y粘结层具有低的热膨胀系数和较高的抗蠕变能力,从而使界面在热循环时更稳定,是热障涂层热循环寿命提高的主要原因。因此,综合考虑粘结层的力学性能是粘结层成分优化的一个发展方向[17]。
这一力学性能上的改进工作可以通过对MCrAlY进行合适的合金化得以实现,涂层由原来的Χ+Β相结构发展为Χ+Χ′的相结构,这使粘结层的热膨胀系数、扩散系数都得到了降低,抗蠕变能力也得到提高。因此,低Al(质量百分比5%~8%)的粘结层是未来MCrAlY粘结层的成分优化中的一个发展方向。对粘结层材料进行改进的研究中也提出过一些新的方案,实验结果显示出对涂层的寿命具有积极的意义:一种类型是在MCrAlY粘结层表面沉积或者预制一层具有抗氧化性或高温下易形成保护性氧化层的薄层,如:Schmitt-Thomas等人通过在MCrAlY层上再喷涂上2~5μm的Al2O3阻挡层,进一步降低了粘结层的氧化,并且提高了陶瓷层与中间层的结合力[18];W.Lih等人则对喷涂了MCrAlY粘结层的试样进行适当的预氧化处理,使得涂层表面预先形成氧化膜或通过渗铝处理,使涂层氧化过程中在MCrAlY粘结层与陶瓷表层间比较容易形成Al2O3保护性氧化物,热障涂层的热循环寿命也因此而得到了提高[19-20]。此外,为避免Al含量过高引起基体综合力学性能下降,本文作者前期工作对低Al(质量百分比为5%~6%)含量的NiCoCrAlY粘结层配合新的热处理工艺进行了研究[21-22],使涂层即具有较好的抗氧化性能,又使得涂层的寿命有了相应提高。
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