《表2 NiCoCrAlY/ZrO2梯度热障涂层各层的物理性能参数[18-20]》

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《等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层研究进展》

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独特的微观结构决定梯度热障涂层的性能比双层热障涂层具有明显的优势。以Ni为基体的五层NiCoCrAlY/ZrO2梯度热障涂层各层的物理性能参数如表2所示[18-20]。由基体到表面，各层涂层的显微硬度、弹性模量逐渐增加，减小了陶瓷层与金属层之间力学性能的差异性，增加了涂层在基体上的弯曲和拉伸强度，相比于双层热障涂层，界面强度、断裂韧性明显增强[21-22]。各层热膨胀系数、热导率逐渐变化，明显降低了涂层的残余应力，且涂层内部没有明显界面，有效地提高了涂层的结合强度，保证了梯度涂层具有良好的热障性能和抗热循环寿命。五层NiCoCrAlY/ZrO2梯度热障涂层的结合强度是双层涂层的2倍，抗热循环寿命是双层涂层的5倍[18]。在高温氧化中，梯度涂层的耐氧化性优于双层涂层[19]。梯度涂层表面陶瓷层的厚度小，阻氧效果低于双层涂层，前期梯度涂层的氧化速率更快，随着氧化过程的进行，中间成分梯度变化区域易形成一层新的氧化物，氧化物与氧化锆的良好结合可防止涂层进一步氧化，并提高了涂层的致密性，从而延缓了梯度涂层的氧化[23]。涂层氧化的活化能大小能够定量地反应涂层的氧化难易程度，活化能越大，氧化越难。通过详细的实验研究测得，CoNiCrAlY/YSZ热障涂层随着氧化的进行，双层热障涂层的活化能由167 kJ/mol增加到212 kJ/mol，梯度热障涂层的活化能由94 kJ/mol增加到419 kJ/mol[24]。金属/陶瓷梯度热障涂层能够有效地解决陶瓷涂层与金属基体的性能差异问题，它优异的力学、抗热疲劳和抗高温氧化等性能突出其重要的研究价值，涂层的层数多、缺陷明显，使得涂层的残余应力分布复杂，对金属/陶瓷梯度热障涂层残余应力的有关研究至今仍是研究热点。