一、引言

高溫防護(hù)涂層能為高溫下使用的金屬材料提供有效的抗氧化腐蝕防護(hù)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、能源、石油化工等領(lǐng)域。其中具有代表性的應(yīng)用是在飛機(jī)、艦船和地面發(fā)電用的各種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，其高溫防護(hù)涂層的發(fā)展主要經(jīng)歷了3 個(gè)階段：第一代熱擴(kuò)散涂層，第二代M（M=Fe，Ni 或Co）CrAlY 包覆涂層；第三代熱障涂層。為了進(jìn)一步提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，并達(dá)到節(jié)能減排的目的，就要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)口溫度，因此，科學(xué)工作者們不斷致力于研發(fā)更先進(jìn)的材料、涂層體系及制備技術(shù)，例如研制出的第四代鎳基單晶高溫合金的承溫能力已達(dá)1180 ℃。相應(yīng)地，對(duì)高溫防護(hù)涂層也提出了更高的要求，涌現(xiàn)出多種具有獨(dú)特設(shè)計(jì)理念的新型高溫防護(hù)涂層。本文闡述了常用高溫防護(hù)涂層的結(jié)構(gòu)、制備方法及應(yīng)用特點(diǎn)，介紹了幾種特色高溫防護(hù)涂層，綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于高溫涂層研究的最新進(jìn)展。對(duì)高溫防護(hù)涂層的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

二、常用高溫防護(hù)涂層

2.1 擴(kuò)散涂層

使一些抗氧化性元素，如Al，Cr，Si 等，與金屬基體接觸，并進(jìn)入基體表面形成的涂層為擴(kuò)散涂層。在擴(kuò)散涂層的形成過(guò)程中，基體參與涂層的形成，基體中的元素進(jìn)入到涂層中，涂層下面的基體中形成擴(kuò)散層。擴(kuò)散涂層有滲鋁涂層、滲鉻涂層、滲硅涂層，以及改進(jìn)的滲鋁涂層等，代表性的有滲鋁涂層和改進(jìn)的滲鋁涂層。

2.1.1 滲鋁涂層

滲鋁涂層（aluminide coatings）最早在1911 年由Van Aller 在美國(guó)專利中闡述，采用粉末包埋法（pack cementation）制備，后來(lái)又出現(xiàn)了熱浸滲鋁（hot-dip coating）、料漿滲鋁（slurrycoating）、以及非接觸式“基材在滲劑之上”的滲鋁（above- the- pack aluminizing）和化學(xué)氣相沉積（CVD）滲鋁等制備方法。20 世紀(jì)50 年代粉末包埋滲鋁涂層開(kāi)始用于鈷基導(dǎo)向葉片，到了70 年代，大多數(shù)的鎳基和鈷基渦輪及導(dǎo)向葉片都采用了粉末包埋滲鋁涂層和非接觸式滲鋁涂層。在粉末包埋滲鋁方法中，樣品埋入滲劑粉末中，滲劑由鋁源粉末、鹵化物活化劑和填料組成，鋁源粉末可以是金屬Al 或適合的合金粉，填料通常為惰性的Al2O3。滲劑一般含有2%~5%的活化劑，例如氯化銨，25%的鋁源，剩下的為填料。加熱時(shí)活化劑在滲劑中揮發(fā)，與鋁源反應(yīng)生成揮發(fā)性的涂層金屬的化合物。揮發(fā)性的物質(zhì)向基材表面擴(kuò)散，并在那里發(fā)生沉積反應(yīng)。滲鋁時(shí)須通入氬氣等保護(hù)性氣體，以免鋁源和金屬基材被氧化。滲鋁涂層的結(jié)構(gòu)和沉積速度取決于滲劑中Al的活度、滲鋁溫度、基材成分及后處理工藝等因素。以鎳基高溫合金上滲鋁涂層為例，在相對(duì)較低的溫度范圍，如700~800 ℃時(shí)，此時(shí)Al 的活度比Ni 高，滲鋁過(guò)程中涂層的生長(zhǎng)主要靠Al 通過(guò)初始形成的Ni2Al3表層向內(nèi)擴(kuò)散，形成內(nèi)擴(kuò)散型涂層，又稱高活度滲鋁（HALT），這種涂層需經(jīng)過(guò)二次退火處理形成NiAl 相。在相對(duì)較高的溫度范圍，如980~1090 ℃時(shí)，此時(shí)Al 的活度相對(duì)于Ni 的活度較低，涂層的生長(zhǎng)主要是靠Ni 向外擴(kuò)散與表面沉積的Al 結(jié)合形成NiAl 相，形成外擴(kuò)散型涂層，又稱低活度滲鋁（LAHT）。粉末包埋滲鋁與其他制備擴(kuò)散型涂層的方法相比有幾種優(yōu)勢(shì)，一是滲劑有支撐被滲材料的作用，能防止大的器件下彎，商業(yè)上使用的滲鋁工藝可為數(shù)米長(zhǎng)的管道制備富鋁涂層；二是滲劑與基材相接觸，使得滲層成分較均勻，沉積速率較快，但也存在不足，滲劑中的材料會(huì)裹入涂層中。而非接觸式滲鋁工藝“基材在滲劑之上”的滲鋁和化學(xué)氣相沉積滲鋁則可避免這種情況，前者是把工件固定在滲劑的上面，涂層反應(yīng)氣從滲劑中產(chǎn)生并向上流動(dòng)到基材表面，后者在沉積過(guò)程中涂層反應(yīng)氣從外部產(chǎn)生，然后充入裝有被滲材料的真空容器中，因此反應(yīng)氣成分可調(diào)性大，反應(yīng)氣可輸送到內(nèi)腔中，例如燃?xì)廨啓C(jī)葉片的內(nèi)冷卻孔中。簡(jiǎn)單滲鋁涂層具有良好的抗氧化性，且工藝簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，成本低廉。但也存在不少缺點(diǎn)，例如，耐熱腐蝕尤其是II 型熱腐蝕性能差，涂層脆性大、退化速度快等，在20 世紀(jì)70 年代，改進(jìn)型鋁化物涂層發(fā)展起來(lái)。

2.1.2 改進(jìn)型鋁化物涂層

在簡(jiǎn)單滲鋁涂層中加入少量Si，Cr，Pt 等元素，可以明顯改善涂層的性能。改進(jìn)型鋁化物涂層主要有以下幾種：

（1）Cr改性鋁化物涂層

在涂層中加入Cr 可以顯著提高涂層的抗熱腐蝕性能，減緩因涂層和基材互擴(kuò)散引起的退化。涂層的制備可以采用一步法和兩步法。由于Al 和Cr的鹵化物的熱穩(wěn)定性相差巨大，通過(guò)純金屬粉末包埋滲的方法實(shí)現(xiàn)Al 和Cr 共滲很難，所以早期通常采用兩步法制備鉻改性鋁化物涂層，即預(yù)先沉積鉻層于金屬基體上，可以用包埋、料漿及電鍍等方法，然后包埋熱擴(kuò)散滲鋁。通過(guò)使用Cr-Al 二元合金，使得相對(duì)較高Al 的鹵化物的蒸氣壓得以降低，實(shí)現(xiàn)了鎳基合金上的Al 和Cr 共滲。涂層以NiAl 相為主，Cr固溶于NiAl相中，或以α-Cr 相析出。

（2）Si改性鋁化物涂層

在涂層中加入適量的Si 能減緩因涂層和基材互擴(kuò)散引起的退化，亦可改善其抗熱腐蝕性能，而且相對(duì)于Al-Cr 共滲具有更好的抗高溫氧化性能，但Si 的含量不宜過(guò)高，因?yàn)楦邷叵耂i 與Ni 會(huì)形成有害的低熔點(diǎn)相而使涂層變脆，氧化過(guò)程中容易剝落。制備Al-Si涂層的最常用方法是料漿法。涂層以β-NiAl相為主，Si以富Si的第二相顆粒分布于涂層中。

（3）Pt改性鋁化物涂層

在改進(jìn)型鋁化物涂層中，Pt-Al 涂層的改性效果最明顯。Pt提高了α-Al2O3膜的抗剝落和自愈能力，增加了鋁化物涂層的組織穩(wěn)定性，降低了涂層與基體之間的互擴(kuò)散。Pt-Al 涂層的制備通常采用兩步法，首先在合金基體上電鍍一層Pt，然后退火處理，退火后進(jìn)行粉末包埋滲鋁。涂層通常為雙層結(jié)構(gòu)，外層為PtAl2和NiAl 的雙相結(jié)構(gòu)或富Pt 的（Pt,Ni）Al單相層，內(nèi)層為NiAl的單相層。上述改進(jìn)鋁化物涂層已在燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件等上得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 包覆涂層

包覆涂層是指利用物理或化學(xué)手段使涂層材料在合金表面直接沉積而形成的涂層。包覆涂層與擴(kuò)散涂層的明顯不同是涂層沉積時(shí)只與基材發(fā)生能夠提高涂層結(jié)合力的相互作用，基材不參與涂層的形成，因此涂層成分的選擇更具有多樣性。包覆涂層可以是金屬涂層和陶瓷涂層等，其中最典型的是MCrAlY包覆涂層。MCrAlY 包覆涂層于20 世紀(jì)70 年代發(fā)展起來(lái)，現(xiàn)已發(fā)展成一系列的涂層體系，其中M為Fe, Co, Ni或它們的組合，Al 用來(lái)形成保護(hù)性的Al2O3膜，Cr 用來(lái)促進(jìn)氧化膜的形成，并提高抗熱腐蝕能力，Y用來(lái)提高氧化膜的附著力，涂層中還可通過(guò)添加Hf ,Si ,Ta ,Re, Zr, Nb等元素中的一種或多種以滿足一些特定的應(yīng)用需求。這類涂層主要由β相（NiAl 或CoAl）和Ni 或Co的γ固溶體組成。鎳基Ni-Cr-Al-Y涂層具有優(yōu)良的抗氧化性能，鈷基Co-Cr-Al-Y涂層更抗熱腐蝕，Ni-Co-Cr-Al-Y涂層二者兼顧。文獻(xiàn)比較了滲鋁涂層、改進(jìn)型鋁化物涂層和MCrAlY 包覆涂層抗氧化、抗熱腐蝕性能。通過(guò)調(diào)整MCrAlY 涂層成分可以制備抗氧化型涂層和抗熱腐蝕型涂層，從而滿足不同工作環(huán)境和不同基體合金的需要。MCrAlY 涂層的常用制備方法有物理氣相沉積，包括電子束物理氣相沉積（EB-PVD）、濺射、離子鍍，以及噴涂技術(shù)，包括低壓等離子噴涂、氬氣罩等離子噴涂、超音速火焰噴涂等。

2.3 熱障涂層

熱障涂層（TBCs）的主要功能是隔熱，由導(dǎo)熱系數(shù)較低的陶瓷面層和金屬粘結(jié)層組成。早期的熱障涂層是Al2O3和ZrO2 （MgO或CaO穩(wěn)定的）陶瓷隔熱層直接噴涂于合金表面，在70 年代中期使用NiCrAlY為粘結(jié)層和等離子噴涂技術(shù)制備了Y2O3穩(wěn)定的ZrO2 表層以及在20 世紀(jì)80 年代早期發(fā)展的EB-PVD技術(shù)沉積陶瓷表層是熱障涂層發(fā)展史上的重要進(jìn)展?，F(xiàn)在的熱障涂層的粘結(jié)層多為MCrAlY和Pt 改性鋁化物涂層，金屬粘結(jié)層主要作用在于增加陶瓷涂層與基體的結(jié)合力，改善二者之間熱膨脹系數(shù)的不匹配，同時(shí)也提高基體的抗氧化性。8%Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2 （Y-PSZ）具有高熔點(diǎn)，高溫穩(wěn)定性、低熱導(dǎo)率及與基體材料最為接近的熱膨脹率而成為陶瓷隔熱層的首選材料。在高溫下，粘結(jié)層中的Al 與從陶瓷層中擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的氧氣反應(yīng)，在粘結(jié)層/陶瓷層界面之間形成一層熱生長(zhǎng)氧化層TGO（thermally grown oxides），其主要成分為α-Al2O3，有效地阻止了基材的氧化。陶瓷隔熱層的制備方法有多種，包括熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法等，常用的技術(shù)為等離子噴涂和EB-PVD。等離子噴涂制備的Y-PSZ 為片層狀結(jié)構(gòu)，常含有15%~25%的孔隙率，因此熱導(dǎo)率低，并具有一定的應(yīng)變?nèi)菹?，通常?yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中要求較低的部件上，例如燃燒室、燃燒蒸發(fā)器、定子葉片等。EB-PVD 制備的Y-PSZ 層為柱狀晶結(jié)構(gòu)，在溫度變化的過(guò)程中具有高的應(yīng)變?nèi)菹?，因此比等離子噴涂涂層壽命更長(zhǎng)，但設(shè)備昂貴，成本高，用于發(fā)動(dòng)機(jī)中條件要求比較苛刻的部件中，如航空燃?xì)鉁u輪葉片。TBCs 的隔熱效果可達(dá)175 ℃。目前，TBCs應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)是涂層的耐久性，尤其是涂層抗剝落的能力，其影響因素眾多，例如ZrO2層中的應(yīng)力狀態(tài)、粘結(jié)層的顯微組織、TGO層的厚度和應(yīng)力狀態(tài)以及粘結(jié)層和TGO之間各種界面的斷裂抗力等。目前得到公認(rèn)的是粘結(jié)層的氧化是決定EB-PVD TBCs壽命的關(guān)鍵因素。

三、特色高溫防護(hù)涂層

3.1 新概念涂層

這類涂層將材料學(xué)、物理化學(xué)、固體擴(kuò)散、高溫氧化等學(xué)科的一些基本理論引入涂層設(shè)計(jì)中，形成了獨(dú)特的高溫涂層體系。

3.1.1 高溫微晶涂層

樓翰一和王福會(huì)等發(fā)展了一種全新的高溫合金防護(hù)涂層——高溫合金微晶涂層。與傳統(tǒng)的高溫防護(hù)涂層不同，微晶涂層與基體合金成分完全相同，因此避免了在高溫下涂層與基體的互擴(kuò)散而引起的力學(xué)性能下降，而同時(shí)，涂層晶粒尺寸在20~100 nm，不僅可以促進(jìn)A1的選擇性氧化，還可以提高氧化膜的粘附性。對(duì)Co-30Cr-5Al 合金及其濺射微晶涂層在1100 ℃空氣中氧化行為的研究表明，合金在氧化的前25 h 合金表面形成了保護(hù)性的Al2O3 膜，而25 h 之后由于Al2O3膜的開(kāi)裂剝落及Cr2O3膜的形成，導(dǎo)致合金重量迅速增加，與之相比，濺射微晶涂層則顯示出其優(yōu)異的保護(hù)性，氧化100 h 后氧化膜仍然是均勻致密的Al2O3膜，未出現(xiàn)氧化膜與基體的分離及開(kāi)裂剝落。

3.1.2 EQ涂層

傳統(tǒng)的高溫防護(hù)涂層滲鋁涂層（β-NiAl）和MCrAlY涂層用于鎳基單晶高溫合金時(shí)，由于單晶合金中難熔金屬含量較傳統(tǒng)高溫合金大幅提高，涂層和基材的互擴(kuò)散導(dǎo)致涂層/基材界面形成了有害的SRZ區(qū)（secondary reaction zone），明顯降低了鎳基單晶合金的蠕變斷裂壽命。Kawagishi等和Sato 等提出制備EQ涂層（equilibriumcoating）抑制SRZ 的形成，鎳基高溫合金由γ和γ ′ 相組成，這兩相保持著平衡狀態(tài)，因此兩相中元素的化學(xué)勢(shì)相等，將合金中的γ ′ 相作為EQ涂層材料，則導(dǎo)致涂層和基材之間互擴(kuò)散的元素化學(xué)勢(shì)差為零，因此可以抑制涂層和基材的互擴(kuò)散。但這種涂層的抗氧化能力有限，氧化時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)容易退化成為γ和γ ′相。

3.1.3 功能梯度涂層

功能梯度涂層是功能梯度材料（FGM）的設(shè)計(jì)理念在涂層/基體系統(tǒng)中的應(yīng)用。功能梯度材料的基本思想是將2 種或以上不同材料制備成在一定方向成分（或/和結(jié)構(gòu)）梯度分布的復(fù)合材料，使得材料具備非梯度結(jié)構(gòu)達(dá)不到的功能。FGM理念在涂層/基材系統(tǒng)的應(yīng)用是解決界面問(wèn)題。在涂層/基材系統(tǒng)中，當(dāng)涂層和基材和/或構(gòu)成涂層的材料不同時(shí)，不同材料界面由于材料性質(zhì)（熱膨脹系數(shù)、彈性模量等）的突然變化而在界面附近產(chǎn)生嚴(yán)重的失配，增加結(jié)構(gòu)發(fā)生剝落的驅(qū)動(dòng)力。為了緩和失配，可在2 種材料之間引入功能梯度層，在層中2 種材料的成分（和/或結(jié)構(gòu)）沿厚度連續(xù)變化，以減小和克服結(jié)合部位的性能不匹配程度，減緩應(yīng)力場(chǎng)。高溫防護(hù)涂層中研究最多是功能梯度熱障涂層，如前所述，熱障涂層由8%Y2O3-ZrO2陶瓷頂層和MCrAlY 金屬粘結(jié)層組成，陶瓷和金屬材料性質(zhì)的不匹配導(dǎo)致熱循環(huán)過(guò)程中陶瓷層剝落，通過(guò)等離子噴涂等方法在陶瓷頂層和金屬粘結(jié)層之間制備梯度涂層，使得層中陶瓷和金屬成分沿厚度方向呈梯度變化來(lái)緩和陶瓷/金屬界面的不匹配。雖然目前結(jié)果并不很盡人意，但在這方面的探索還一直在繼續(xù)。

3.1.4 智能涂層

Nicholls 等提出的智能涂層（smart coatings）是一種能在較寬的溫度范圍和復(fù)雜的腐蝕環(huán)境中對(duì)腐蝕侵蝕做出最佳響應(yīng)的成分梯度涂層系統(tǒng)，為工業(yè)和艦用燃機(jī)的高溫部件提供腐蝕防護(hù)。涂層具有既抗高溫氧化又抗低溫?zé)岣g的功能，涂層以MCrAlY 涂層為基，外層是富鋁層，在900 ℃以上的高溫氧化環(huán)境中以及800 ℃以上的I型熱腐蝕條件下可快速形成Al2O3膜而發(fā)揮保護(hù)作用；中層為富鉻層，既能在高溫條件下作為擴(kuò)散阻擋層阻止富鋁層中的Al 向基材擴(kuò)散以及基材中的元素?cái)U(kuò)散到富鋁層，又能在溫度較低時(shí)，600~ 800 ℃II 型熱腐蝕條件下快速形成Cr2O3降低腐蝕速率，此時(shí)外層富鋁層由于在此環(huán)境中不能快速形成Al2O3膜而腐蝕失效。這種涂層在工業(yè)和艦用燃機(jī)上應(yīng)具有較好的應(yīng)用前景。

3.2 玻璃基涂層

3.2.1 搪瓷和玻璃-陶瓷涂層

王福會(huì)和朱圣龍等發(fā)展了高溫合金及鈦合金用搪瓷涂層。搪瓷就是在金屬表面涂燒一層或多層的非金屬無(wú)機(jī)材料，高溫搪燒時(shí)，金屬和無(wú)機(jī)材料在高溫下發(fā)生適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)反應(yīng)，在界面形成化學(xué)鍵，使涂層與基體材料能牢固結(jié)合成為一個(gè)整體。搪瓷涂層熱膨脹系數(shù)可調(diào)，并且熱化學(xué)穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)致密、抗腐蝕性能優(yōu)異；同時(shí)，涂層制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉；而且作為一種惰性抗高溫腐蝕涂層，沒(méi)有傳統(tǒng)高溫涂層的抗氧化組元消耗等問(wèn)題；因此作為一種長(zhǎng)壽命耐蝕涂層有很好的應(yīng)用前景。針對(duì)搪瓷本身脆性較大的缺點(diǎn)，陳明輝等又在搪瓷中添加NiCrAlY金屬粉對(duì)搪瓷進(jìn)行改性，制備了具有優(yōu)異抗熱震性能的新型金屬?gòu)?fù)合搪瓷，并對(duì)其增韌機(jī)理進(jìn)行了深入研究。Das 等，Datta 等和Sarkar 等制備了MgO-Al2O3-TiO2、ZnO-Al2O3-SiO2 和BaO-MgO-SiO2抗高溫玻璃-陶瓷涂層，這種涂層也是采用高溫搪燒的方法制備，適用于燃?xì)廨啓C(jī)鎳基高溫合金部件，也可用于γ-TiAl 合金的防護(hù)。涂層在1050 ℃及以下具有優(yōu)良的抗氧化性能和較好的抗熱震性能。他們還嘗試了采用微波加熱的方法制備上述涂層。

3.2.2 金屬-玻璃基復(fù)合熱障涂層

文獻(xiàn)提出了一種新型由玻璃與NiCoCrAlY 合金組成的金屬-玻璃基復(fù)合熱障涂層（簡(jiǎn)稱MGC）。MGC涂層采用真空等離子噴涂的方法制備，涂層的熱膨脹系數(shù)可以通過(guò)金屬與玻璃的比例調(diào)整，使之與基體相匹配。另外，涂層是氣密性的，可以保護(hù)基體與粘結(jié)層免受腐蝕性氣氛的侵蝕。1000 和1200 ℃下空氣中恒溫及循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MGC涂層的壽命明顯高于傳統(tǒng)YSZ熱障涂層。玻璃基涂層具有熱穩(wěn)定性高、耐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，但高溫下易軟化，溫度較低時(shí)脆性較大等缺點(diǎn)限制了其使用，通過(guò)調(diào)節(jié)優(yōu)化涂層成分可提高其軟化點(diǎn)、增強(qiáng)其韌性，因此這類涂層還是極具應(yīng)用潛力的。

四、高溫防護(hù)涂層的最新研究進(jìn)展

4.1 Pt改性鋁化物涂層和MCrAlY涂層

Pt 改性鋁化物涂層和MCrAlY 涂層因同時(shí)兼具抗氧化和熱腐蝕的性能，無(wú)論是作為高溫防護(hù)涂層還是熱障涂層的粘結(jié)底層都得到了廣泛的應(yīng)用。近年圍繞這兩種涂層的研究主要有：通過(guò)添加新元素對(duì)涂層進(jìn)行改性來(lái)提高涂層抗氧化性能，例如，在Pt改性鋁化物涂層中添加Ir，在NiCrAlY 涂層中添加Re；制備成分梯度涂層提高涂層抗氧化性，例如，在MCrAlY 涂層表面滲鋁或采用PVD 的方法沉積富Al 涂層（純Al 或AlSiY 等）然后熱擴(kuò)散處理，獲得Al 含量在涂層中呈梯度分布的復(fù)合涂層等等。同時(shí)，在涂層制備技術(shù)方面也進(jìn)行了改進(jìn)和新的探索。MCrAlY 涂層多采用PVD的方法制備，因“視線”效應(yīng)，形狀復(fù)雜的構(gòu)件表面涂層厚度不均勻。魯金濤發(fā)展了一種新型熱擴(kuò)散工藝制備MCrAlY涂層：采用Y-Cr 共滲+二次滲鋁的方法制備NiCrAlY 共滲涂層。首先在清潔樣品（K417G 及K438 基體）表面噴涂一層厚度為0.8~1.0 mm的Y料漿；然后將噴涂料漿后的樣品埋入含Cr 的粉末中，在氬氣保護(hù)氣氛中熱擴(kuò)散得到Y(jié)-Cr 涂層；最后將已獲得Y-Cr 涂層的樣品埋入含F(xiàn)eAl 的粉末中，在氬氣保護(hù)的氣氛中熱擴(kuò)散，得到NiCrAlY 共滲涂層。涂層表現(xiàn)了優(yōu)良的抗高溫氧化和熱腐蝕性能。復(fù)合電鍍（composite plating）是用電鍍的方法使金屬（如Ni, Co, Cr, Cu 等）與固體微粒（如Al2O3,Cr2O3, SiO2等）共沉積來(lái)獲得所需鍍層的一種工藝過(guò)程。上世紀(jì)80 年代中期，F(xiàn)oster 等和Honey等便提出通過(guò)電沉積的方法同時(shí)沉積Ni 及預(yù)合金化、微尺寸、高Cr、Al 含量的顆粒，來(lái)發(fā)展一種抗氧化Ni-Cr-Al 型包覆涂層。Foster 等[63]主張將陰極面水平放置并使其旋轉(zhuǎn)，這樣不僅可以增加顆粒的納入率更能有效阻止多余沉淀物的形成。但當(dāng)時(shí)只是從理論上對(duì)共沉積的可行性及影響共沉積的因素進(jìn)行了分析。Yang 等通過(guò)電鍍的方法首先發(fā)展了二元Ni-Cr 及Ni-Al 納米復(fù)合涂層，進(jìn)而制備出三元Ni-6Cr- 7Al 納米復(fù)合涂層，對(duì)涂層在900 ℃ （0.9Na,0.1K）2SO4熔鹽中的熱腐蝕行為進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)電弧熔煉Ni-6Cr-7Al 相比，電鍍復(fù)合涂層在熔鹽中的抗熱腐蝕能力大幅度提高。研究了不同含量及大小的Cr、Al 納米顆粒對(duì)電鍍Ni-Cr-Al 復(fù)合涂層的影響并探討了其氧化機(jī)制，尤其對(duì)Cr、Al 的選擇性氧化進(jìn)行了深入探討。Praxair 表面科技有限公司利用電鍍的方法將CrAlY 粉與Ni 和（或）Co 共沉積，并經(jīng)后續(xù)熱處理（通常是1100 ℃下2 h）得到MCrAlY合金涂層。

M +CrAlY→MCrAlY

對(duì)此種方法制造的MCrAlY 涂層申請(qǐng)了專利，將其命名為T(mén)ribometMCrAlY。該方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如：無(wú)視線效應(yīng)，厚度可達(dá)到101 μm，對(duì)基體材料無(wú)熱壓力，環(huán)境友好，成本低廉等等?？捎米鳒u輪葉片、導(dǎo)向器葉片涂層以及熱障涂層粘結(jié)層。

4.2 γ ′基涂層

針對(duì)單晶高溫合金設(shè)計(jì)的涂層體系，目的是為了抑制SRZ 的形成。這類涂層包括前面提到的EQ涂層，以及Pt 改性的γ ′-Ni3Al 涂層等，后者表現(xiàn)出優(yōu)良的抗高溫氧化性能，Pt 的作用機(jī)制與其促進(jìn)了Al的上坡擴(kuò)散有關(guān)。

4.3 新型熱障涂層系統(tǒng)

在1170 ℃時(shí)純氧化鋯發(fā)生單斜到四方相的轉(zhuǎn)變，相變過(guò)程中伴隨的體積變化會(huì)導(dǎo)致涂層中產(chǎn)生裂紋，Y2O3等穩(wěn)定劑的加入會(huì)抑制相變的發(fā)生，因此當(dāng)下熱障涂層頂層最常使用的材料是8%Y2O3部分穩(wěn)定的ZrO2，在溫度低于1200 ℃時(shí)可以長(zhǎng)期使用。但在更高溫度下，ZrO2又會(huì)發(fā)生從t′ 相到單斜和立方相的轉(zhuǎn)變，而且涂層的燒結(jié)會(huì)導(dǎo)致涂層應(yīng)變?nèi)菹薜慕档停瑥亩铀偻繉又辛鸭y的產(chǎn)生以及隨后的剝落及失效。為了滿足航空燃?xì)廨啓C(jī)向更高壓氣比、推重比和進(jìn)口溫度的方向發(fā)展，研究者們不斷致力于新型熱障涂層材料和制備技術(shù)的研發(fā)，熱障涂層的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，抗CMAX侵蝕的涂層和技術(shù)的探索等。

4.3.1 新型陶瓷隔熱層材料

新型陶瓷隔熱層材料要求具有高溫下抗燒結(jié)， 室溫至服役溫度范圍內(nèi)相穩(wěn)定， 盡可能低的熱導(dǎo)率，涂層成分及結(jié)構(gòu)可控，并具有長(zhǎng)期服役壽命等多種優(yōu)點(diǎn)。最近，Vasen等對(duì)近年來(lái)研究的新型熱障涂層陶瓷材料進(jìn)行了歸納分類。第一類具有A2B2O7 結(jié)構(gòu)，包括以ZrO2 為基的（B=Zr）Ln2Zr2O7（Ln 為L(zhǎng)a, Gd, Sm, Nd, Eu，Yb 或其組合），以HfO2為基的（B=Hf）La2Hf2O7和Gd2Hf2O7，以CeO2 為基的（B=Ce）La2Ce2O7 和La2（Zr0.7Ce0.3）2O7，這類材料因具有比YSZ 更低的熱導(dǎo)率而受到關(guān)注。其中最具發(fā)展前景的是La2Zr2O7（LZ），與YSZ相比，La2Zr2O7具有更高的熱穩(wěn)定性（2000 ℃以下），更低的熱導(dǎo)率及更好的抗燒結(jié)能力，但由于它的熱膨脹系數(shù)比YSZ低，使得由熱膨脹不匹配帶來(lái)的熱壓力更大，從而導(dǎo)致了單層La2Zr2O7涂層的服役壽命很短。制備La2Zr2O7/YSZ 雙層陶瓷層似可解決這一問(wèn)題，因此得到了普遍關(guān)注和研究，已有研究結(jié)果表明，與YSZ單層結(jié)構(gòu)相比，LZ/YSZ 雙層結(jié)構(gòu)涂層壽命更長(zhǎng)，具有更好的CMAS 侵蝕抗力，并可克服高溫下LZ與α-Al2O3發(fā)生反應(yīng)，致使單層LZ熱障涂層的熱循環(huán)壽命低的缺點(diǎn)，而且LZ 與YSZ 在1250 ℃以下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得雙層系統(tǒng)具有好的化學(xué)穩(wěn)定性。第二類稱作缺陷叢熱障涂層（Defect clusterTBCs），也就是用稀土元素陽(yáng)離子改性的ZrO2，例如5.5mol% Y2O3-2.25mol% Gd2O3-2.25mol% Yb2O3穩(wěn)定的ZrO2，改性后涂層熱導(dǎo)率明顯降低。第三類的名義成分可寫(xiě)成（La,Nd）MAl11O19，M為Mg, Mn Zn, Cr, Sm，這類化合物熔點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)大，熱導(dǎo)率低，抗燒結(jié)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（1800 ℃以下），適宜作熱障涂層材料。但這類涂層在等離子噴涂沉積制備過(guò)程中的再結(jié)晶現(xiàn)象是制約其應(yīng)用的主要缺點(diǎn)。第四類具有ABO3 的結(jié)構(gòu)，又分為鋯酸類，例如BaZrO3、SrZrO3、CaZrO3，以及復(fù)合類，例如Ba（Mg1/3Ta2/3）O3，La（Al1/4Mg1/2Ta1/4）O3，這類化合物的共同特點(diǎn)是具有高溫穩(wěn)定性，相對(duì)于YSZ又各有自己的優(yōu)勢(shì)和不足。

4.3.2 新陶瓷涂層制備技術(shù)

除了研發(fā)新的陶瓷隔熱材料，在新涂層制備技術(shù)方面也進(jìn)行了探索。采用空心陰極物理氣相沉積技術(shù)和薄膜低壓等離子噴涂技術(shù)（thin- film/low- pressure plasmaspraying （TF-LPPS））都制備出了柱狀晶結(jié)構(gòu)的熱障涂層，與EB-PVD相比成本降低，繞射性能較好，適合涂覆復(fù)雜形狀零件，而且沉積速率較高。利用懸浮液等離子噴涂技術(shù)（suspension plasma spraying）制備出了更高孔隙率和微裂紋密度的低熱導(dǎo)率陶瓷隔熱層。

4.3.3 優(yōu)化涂層結(jié)構(gòu)

運(yùn)用現(xiàn)有涂層制備技術(shù)，包括EBPVD和APS，通過(guò)改變沉積工藝，控制柱狀晶的生長(zhǎng)方向和涂層的孔隙類型，可獲得不同顯微結(jié)構(gòu)的陶瓷層，從而使陶瓷隔熱層的熱導(dǎo)率和力學(xué)性質(zhì)得到優(yōu)化，例如，通過(guò)使旋轉(zhuǎn)軸或樣品傾斜，得到彎折（Zig-Zag）的柱狀晶結(jié)構(gòu)，使涂層的熱導(dǎo)率下降了40%。

4.3.4 抗CMＡS 侵蝕涂層和技術(shù)研究

CMAS主要是指Ca-Mg-Al-Si 的氧化物，根據(jù)環(huán)境的不同，Ni、Fe、Ti 和Cr 的微量氧化物也可能混雜其中，CMAS 具有相對(duì)較低的熔點(diǎn)（1190~1260 ℃），有雜質(zhì)硫存在時(shí)熔點(diǎn)會(huì)更低。當(dāng)CMAS 沉積在熱障涂層表面時(shí)，可潤(rùn)濕外層YSZ并滲透到熱障涂層內(nèi)部的孔隙中，使孔隙和柱狀晶界減少甚至喪失，從而降低涂層的應(yīng)變?nèi)菹?，?dǎo)致熱障涂層的剝落。防護(hù)熱障涂層被CMAS侵蝕的涂層分為3 種類型，抗?jié)B透型、犧牲型和不潤(rùn)濕型?？?jié)B透型涂層是指能夠阻止液態(tài)CMAS滲透進(jìn)入YSZ層孔隙中的涂層，可以是金屬、氧化物和非氧化物等，例如，80%Pd-20%Ag, Pd, Pt, SiC, SiO2, Ta2O5, CaZrO3, MgAlO4, Si-OC 等；犧牲型涂層是指高溫下與CMAS 接觸時(shí)與之反應(yīng)使其熔點(diǎn)升高或黏性增大的涂層，例如Al2O3, MgO, CaO, Sc2O3, SiO2, MgAlO4等；不潤(rùn)濕型涂層是指為減小熔融CMAS與TBC 接觸面積而涂覆于TBC 表層并與TBC 不潤(rùn)濕的涂層，例如80%Pd- 20%Ag, Pd, Pt, AlN, BN, SiC, MoSi2, SiO2, Zr-SiO4, SiOC 等。但已有研究結(jié)果表明上述涂層并不能完全阻止CMAS侵蝕。還有就是采用后處理技術(shù)或在涂層沉積過(guò)程中改變涂層結(jié)構(gòu)來(lái)阻止CMAS對(duì)TBC 的侵蝕，例如采用電子束釉化或激光釉化、或改變沉積工藝使熱障涂層表層致密化。初步研究結(jié)果表明效果較好，但還需深入的研究。

4.3.5 先進(jìn)的粘結(jié)層

在熱障涂層體系中，高溫氧化過(guò)程中陶瓷隔熱層和粘結(jié)層之間生長(zhǎng)的TGO 的性質(zhì)對(duì)整個(gè)熱障涂層的耐久性起著至關(guān)重要的作用。降低TGO的生長(zhǎng)速率可顯著提高熱障涂層的壽命，TGO的生長(zhǎng)速率等又由粘結(jié)層的成分等決定。因此，先進(jìn)粘結(jié)層的研究集中在優(yōu)化MCrAlY 和Pt 改性鋁化物涂層的成分、制備成分梯度粘結(jié)層等來(lái)降低TGO的生長(zhǎng)速率，這方面的工作與新型抗氧化腐蝕涂層的研究密切相關(guān)，不可分割，這里不再詳述。

4.4 擴(kuò)散阻擋層

高溫防護(hù)涂層與合金基材之間的互擴(kuò)散可導(dǎo)致涂層退化，以及基材中脆性相的產(chǎn)生，從而造成涂層/合金體系高溫抗氧化性能和力學(xué)性能的下降。將傳統(tǒng)的高溫防護(hù)涂層滲鋁涂層（β-NiAl）和MCrAlY涂層用于鎳基單晶高溫合金，涂層和基材的互擴(kuò)散導(dǎo)致涂層/基材界面形成了有害的SRZ 區(qū)（secondaryreaction zone）。SRZ 由γ ′ 母相及分布其上的針狀或薄片狀的γ和TCPs 組成，它的形成使得單晶合金的γ/γ ′結(jié)構(gòu)粗化，明顯降低了鎳基單晶合金的蠕變斷裂壽命。在合金和涂層之間施加一層擴(kuò)散阻擋層是有效的解決辦法。擴(kuò)散阻擋層的研究工作早期就有，目前逐漸成為研究熱點(diǎn)。擴(kuò)散阻擋層材料主要分為兩種，金屬阻擋層和陶瓷阻擋層。金屬阻擋層有Ta、Ir- Ta- Al、Hf- Ni、Ni- W、Re（NiCr）等，陶瓷阻擋層有TiN、Al-O-N、Al2O3、Cr-Al-O-N和Cr-O-N等，金屬擴(kuò)散阻擋層只能阻止部分合金元素的擴(kuò)散，而且本身也會(huì)發(fā)生擴(kuò)散和氧化，并在界面形成脆性相，相比之下，陶瓷阻擋層的擴(kuò)散阻擋能力更強(qiáng)，可以完全阻止涂層和基材中所有元素的互擴(kuò)散，但涂層和基材之間結(jié)合力有待提高。

五、高溫防護(hù)涂層的發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，高溫抗氧化腐蝕涂層有待解決的問(wèn)題仍然是如何在抑制涂層與基體材料（尤其是單晶高溫合金）互擴(kuò)散的同時(shí)提高涂層的抗氧化腐蝕性能，制備成分梯度涂層可能解決這一問(wèn)題，成為未來(lái)發(fā)展的方向。熱障涂層仍會(huì)是未來(lái)高溫防護(hù)涂層領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，研發(fā)具有高溫下抗燒結(jié)、室溫至服役溫度范圍內(nèi)相穩(wěn)定、低的熱導(dǎo)率、長(zhǎng)期服役壽命等多種優(yōu)點(diǎn)的新型陶瓷層材料；優(yōu)化粘結(jié)層的成分和結(jié)構(gòu)，使之形成生長(zhǎng)速率緩慢粘附性好的TGO；開(kāi)發(fā)繞射性好、沉積速率高、沉積態(tài)涂層具備隔熱性能好和應(yīng)變?nèi)菹薷叩慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)的新涂層制備技術(shù)，可能是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

六、夢(mèng)能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門(mén)。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測(cè)試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢(mèng)能科技營(yíng)銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購(gòu)買(mǎi)通道

零售：購(gòu)買(mǎi)50kg以內(nèi)，線上購(gòu)買(mǎi)，抖店直接下單購(gòu)買(mǎi)。

工廠業(yè)務(wù)：長(zhǎng)期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測(cè)、開(kāi)具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項(xiàng)目保護(hù)。

業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)院：提供防腐方案設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、施工方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。