摘 要
热障涂层技术作为用于热端零部件的高温防护涂层技术，不仅可以提高零部件的受热温度，还可以延长其使用寿命。它在航空航天领域有着广泛的应用前景。然而，热障涂层中粘结层的氧化是导致涂层失效的重要原因之一。因此，研究者们开始研究如何减少粘结层的氧化，获得更高寿命的热障涂层。
本文利用大气等离子喷涂方法在高温合金 GH4169 上制备了三种自愈合热障涂层: NiAl +TAZ1 +YSZ、NiAl+TAZ2 +YSZ、 NiAl+TAZ3 +YSZ，即比双层热障涂层多了一层自愈合中间层。以双层热障涂层 NiAl+YSZ 作为比较对象，系统的研究了自愈合热障涂层的组织结构、物相组成和性能特点(抗热冲击性能、高温抗氧化性能)。
自愈合热障涂层和双层热障涂层表层 YSZ 相组成相同，为稳定的立方相。表面质量好，宏观上较粗糙、致密，微观上存在着一些微小的缺陷，如微裂纹、孔隙和未熔颗粒等。自愈合热障涂层的 YSZ 陶瓷层和自愈合中间层主要为完全熔融组织，但也包含一定量的孔隙等缺陷。NiAl 粘结层组织整体上要比陶瓷层更加致密。
自愈合热障涂层在 600°C 进行自愈合热处理后，氧阻挡层的孔隙率大大降低，涂层整体变得致密。对于自愈合热障涂层，氧通过 YSZ 层中的孔隙进入中间层，与TiC 发生缓慢氧化反应，体积膨胀填充了涂层内部的裂纹和孔隙，起了自愈合的作用，从而能阻止 NiAl 粘结层的氧化。
对三种自愈合热障涂层和双层热障涂层进行了抗热冲击性能研究。结果表明：四种涂层的抗热震次数均随着温度的下降而上升。其中 NiAl +TAZ1 +YSZ 涂层的抗热冲击性能最好，在 1000°C 时，其抗热冲击次数是双层热障涂层的两倍。热震失效后四种涂层的 YSZ 表层没有发生相变，还是稳定的立方相。对热震失效后涂层的截面形貌进行分析，发现涂层的失效都是 YSZ 表层剥落，自愈合中间层与粘结层结合良好。随着抗热冲击温度的升高，自愈合热障涂层粘结层内氧化物含量无明显变化，而双层热障涂层粘结层中的氧化物含量却随着温度的升高而急剧增加。
对三种自愈合热障涂层和双层热障涂层进行了抗氧化性能分析。研究表明，自愈合热障涂层在高温下短时间内恒温氧化就可达到恒重。而且，经过相同条件下恒温氧化后，双层热障涂层粘结层内氧化物的含量要远远高于自愈合热障涂层粘结层内的氧化物的含量。
通过上述研究，自愈合热障涂层在孔隙率、抗热冲击性能以及抗高温氧化性能方面均优于双层热障涂层。本工作可为未来高温防护涂层制备提供有效的理论依据和技术支持。
关键词：热障涂层；大气等离子喷涂（APS）；自愈合涂层；自愈合热处理
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