热障涂层氧化行为研究进展
任维鹏李青宋尽霞肖程波曹春晓
（北京航空材料研究院，先进高温结构材料重点实验室，北京100095）
文摘综述了国内外粘接层氧化行为的研究进展，介绍了粘接层氧化动力学，热生长氧化物(TGO)组关键词热障涂层，氧化行为，粘接层，热生长氧化物
中图分类号：TB3
DOI:10.3969/j. issn. 10072330.2014.02.002
DevelopmentinResearchonOxidationBehaviorofThermalBarrierCoatings
REN Weipeng
LIQing
SONGJinxia
XIAO Chengbo
(Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing 100095)
CAOChunxiac
AbstractFormation and evolution of the thermally grown oxides(TGO) have great effect on the properties of thermal barrier coatings (TBCs), suggesting a sticking point for analyzing TBCs failure and prolonging the life of TBCs. The research progress of the oxidation behavior of TBCs worldwide is summarized,including oxidation kinetics of bond coating(BC),composition,structure and evolution of TGO,and transformation from metastable Al,O, to stable Al, O,. Effects of elements from BC on the morphology and structure of TGO is analyzed, as well as the elements dif-fused from substrate. Idea for research of BC-oxidation behavior and methods for properties-improvement of TBCs are indicated.
Key wordsThermal barrier coatings,Oxidation behavior,Bond coating,Thermally grown oxide
0引言
热障涂层具有低的热导率、良好的抗氧化和抗热腐蚀能力，目前已被广泛用于燃气轮机的热端部件[1-5]。热障涂层系统主要由陶瓷层（TC）和粘接层（BC)构成，陶瓷层把金属基体与高温燃气隔绝，主要起隔热作用；粘接层主要是MCrAIY（M是过渡族金属Fe、Ni、Co、或NiCo）涂层(6-8}，具有优良的抗高温氧化以及耐热腐蚀性能，并缓和金属基体与陶瓷层热胀系数(9-]，增强涂层的热稳定性。在过去的几十年内，尽管热障涂层的运行稳定性得到了很大程度的提高，但热障涂层的过早剥落会使金属基体暴露于高温燃气下，产生严重后果。热障涂层在服役过程中，粘接层会产生氧化，产生热生长氧化物层（TGO），许多研究表明，TGO的组成、结构、形态及生长速率会显著影响热障涂层的使用寿命，热障涂层的失效往往发
收稿目期：2013-0730
生于TGO/TC和TCO/BC界面[12)。因此，TCO的形成、演变规律的研究成为分析热障涂层失效行为和进一步延长其使用寿命的关键之一。本文重点述了与热障涂层失效密切相关的粘接层氧化动力学、TGO 生长模式及其影响因素。
1
粘接层氧化动力学
一般情况下，合金的氧化过程会经历以下几个阶
段（图1）：快速氧化阶段（氧化膜迅速生长期）、稳定氧化阶段（连续的保护性氧化膜生长期）、加速氧化阶段（氧化膜脱落期)。合金的抗氧化性能优劣主要由以下三个因素决定：(1)稳定氧化阶段所持续的时间，即氧化膜脱落时间（2）脱落前期保护性氧化膜的生长速度；(3)脱落期氧化膜的生长速度。其中第一个因素稳定氧化阶段的持续时间最为关键，但这又会受到第二因素即氧化膜的生长速度、形貌以及成分
基金项目：国家863计划资助项目（2012AA03A511）；工信部科技专项资助项目（2012ZX04007-021-03）
作者菌介：任维聘，1984年出生，博士，主要研究方向为高温合金及其防护徐层。E-mail：weipengrxx@126.com
宇航材料工艺万方数据
http://www. yhelgy. com
2014年第2期
-7