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為了保護材料并延長材料在高溫環(huán)境下的使用壽命，我們需要在合金上涂裝性能優(yōu)異的涂層，主要分為兩層，一層是合金涂層，這種涂層的核心是在工件表面形成薄的氧化物鱗片層，以限制氧氣和腐蝕鹽進入基材合金。另一層是熱障涂層，其功能是降低工件溫度，從而增加使用壽命。如下圖：
合金涂層
一般說來，合金涂層必須滿足如下要求：
一.具有抗氧化/抗腐蝕的能力
二.優(yōu)異的穩(wěn)定性
三.良好的附著力
四.穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性能
合金涂層成分及其作用
該涂層是通過控制其元素組成和微觀結(jié)構(gòu)，以及通過制造工藝的選擇，來為特定的應(yīng)用量身定制的。表1給出了涂層中各種元素成分及其對涂層性能的影響。
熱障涂層的材料及要求
熱障涂層主要由陶瓷涂層（以氧化鋯為主）、氧化層和基底合金上的金屬結(jié)合涂層組成。每層厚度范圍如下：陶瓷涂層125-1000um，粘結(jié)涂層50-125um，TGO層0.5至約10um，最終厚度取決于熱障涂層的涂裝工藝和在高溫運行環(huán)境中的暴露時間。具體要求如下：
涂裝工藝
用于制備保護涂層的涂裝工藝有很多。這些工藝的選擇取決于被涂工件的設(shè)計和應(yīng)用。圖1列出了一些可以達到典型涂層厚度的工藝。在涂裝之前，先通過噴砂、超聲波清洗和烘烤等方法對工件表面進行處理，然后根據(jù)涂層的設(shè)計要求，使用特定的工藝，來制備滿足要求的涂層。舉例如下：
一、擴散涂層常用的工藝有漿液鍍鋁、脈沖鋁化、化學(xué)蒸氣沉積等
二、物理氣相沉積的覆蓋涂裝工藝包括濺射、磁控濺射、射頻濺射、離子鍍、電子束物理氣相沉積等各種工藝。
涂料和涂層材料的力學(xué)性能
涂層和涂裝工藝除了影響涂裝工件對高溫環(huán)境耐受性外，還對工件的力學(xué)性能有影響，主要有以下三方面：
一、韌性到脆性轉(zhuǎn)變溫度-DBTT
擴散涂層和覆蓋涂層在DBTT（在高溫下使用的材料在低溫下具有脆性，并隨著溫度的升高而變得越來越有韌性。材料從韌性到脆性行為的轉(zhuǎn)變溫度被稱為DBTT。）以下均表現(xiàn)出低延展性，而在該溫度以上，延展性迅速增加。涂裝工藝、涂層相分布、組成、熱處理歷史和微觀結(jié)構(gòu)是影響DBTT的一些因素。如某些涂層在低溫下表現(xiàn)出高的抗拉強度，并在某些情況下超過了許多超級合金。然而，與超級合金不同的是，抗拉強度在轉(zhuǎn)變溫度之上迅速下降。并伴隨延展性迅速增加。
二、涂層對基材的蠕變性能的影響
一般情況下，涂層對基材的蠕變性能沒有顯著影響，特殊情況下會通過以下因素產(chǎn)生影響：
（1）在涂層固化過程中和之后的熱處理。（2）與涂裝過程相關(guān)的殘余內(nèi)應(yīng)力，涂層與基材之間的熱膨脹和彈性模量不匹配。
（3）基材合金元素擴散到涂層，涂層元素擴散到基材。
（4）涂層的開裂。在所有這些因素中，與涂層工藝相關(guān)的熱處理的影響最大；其余的因素只有邊緣影響，而且只對基材的表面薄層有影響。
三、對熱疲勞的影響
熱疲勞數(shù)據(jù)的總體趨勢表明，對于傳統(tǒng)的鑄型多晶超合金，涂層通過防止晶界氧化來提高疲勞壽命。而對于單晶合金，由于單晶沒有晶界，而且通常比多晶更抗氧化，涂層由于容易開裂而降低熱疲勞壽命。
綜上，在全方位地考慮涂層及涂裝工藝對耐性和力學(xué)性能的影響后，通過設(shè)計合理的涂層組成和選擇適合的涂裝工藝可以制備出滿足應(yīng)用要求的耐高溫涂層。
