粘结层成分对单晶合金热障涂层寿命影响研究

田 贺，牟仁德，何利民，李建平

(北京航空材料研究院，北京 100095）

0 引言

热障涂层(TBCs)是目前国外先进航空发动机广泛应用的一种高温防护涂层，它不仅具备良好的抗高温氧化腐蚀性能，而且具有隔热作用，可以提高热端部件的服役温度。在航空发动机的涡轮叶片涂覆TBCs，可以降低工作时叶片基体温度，从而起到提高发动机的出口温度、减少冷气量、提高工作效率和延长发动机的使用寿命的作用［1-4］。国外先进航空发动机厂商生产的全部涡轮工作叶片和大部分导向叶片均采用电子束物理气相沉积工艺(Electron Beam Physical Vapor Deposition)制备热障涂层，其主要原因是其特有的柱状晶结构，提高了热障涂层的抗热震性能，可在较长时间内对涡轮叶片提供保护作用。

近些年，国内外专家针对EB-PVD工艺制备的热障涂层失效原因进行了广泛的研究，普遍认为与位于热障涂层(TBC)和金属粘结层(Bond Coat)之间的热生长氧化物(Thermally Grown Oxide)层的生长速率、成分和厚度有一定关系［6-8］。TGO层起初的主要成分几乎只有Al2O3，这是由于Al对O元素的亲和力强于粘结层中其他成分，出现Al元素的优先氧化，在涂层服役过程中，氧化以O元素向内扩散为主，随着氧化膜厚度的增加会在氧化膜附近的粘结层中Al含量降低当其不足以提供完全生成Al2O3时，粘结层中的Ni和Cr等元素就会被氧化，形成氧化物，而生成的Al2O3会将Ni和Cr元素的氧化物包覆起来;而NiO和尖晶石结构氧化物的大量生成会导致粘结层应力增加以及TGO层体积快速膨胀，致使涂层失效［9］。……