高溫防護塗層技術（簡體書）

《先進航空材料與技術叢書：高溫防護塗層技術》囊括了北京航空材料研究院高溫腐蝕與防護專業成立五十多年來，在高溫防護塗層技術基礎研究、應用研究和工程化方面取得的成果，著重對近十年來的創新性成果進行了系統展示，重點在技術與應用研究成果與分析。·

《高溫防護涂層技術》可供從事高溫防護涂層應用與制造的設計、生產人員和研發人員參考。

第1章　高溫防護塗層基礎
1.1 概述
1.1.1 高溫防護塗層的歷史發展
1.1.2 高溫防護塗層的作用
1.2 高溫防護塗層的製備與性能要求
1.2.1 高溫防護塗層的分類及製備技術
1.2.2 高溫防護塗層性能要求
1.3 典型高溫防護塗層
1.3.1 鋁化物塗層
1.3.2 改性的鋁化物塗層
1.3.3 MCrAlY塗層
1.3.4 熱障塗層
1.4 塗層的退化
1.5 表面處理提高合金抗氧化性
1.5.1 預氧化處理
1.5.2 表面細晶化
1.5.3 電火花強化
1.5.4 離子注入
參考文獻
第2章　熱障塗層技術及其應用
2.1 熱障塗層發展背景
2.2 熱障塗層的研究綜述
2.2.1 熱障塗層的發展現狀
2.2.2 熱障塗層製備技術
2.3 熱障塗層結構體系
2.3.1 雙層結構塗層
2.3.2 多層結構塗層
2.3.3 梯度結構塗層
2.3.4 納米結構熱障塗層
2.4 熱障塗層粘結層材料
2.5 熱障塗層陶瓷層材料
2.5.1 經典熱障塗層材料——YSZ
2.5.2 YSZ改性
2.5.3 新型熱障塗層材料
2.5.4 其他熱障塗層材料
2.6 熱障塗層的熱腐蝕行為
2.6.1 塗層的熱腐蝕產物及相結構
2.6.2 塗層的熱腐蝕產物表面微觀形貌
2.6.3 塗層的熱腐蝕產物3D立體表面形貌圖
2.6.4 塗層的橫截面形貌圖
2.7 熱障塗層的結合強度
2.8 熱障塗層的失效機理研究
2.8.1 熱膨脹失配而產生應力使塗層失效
2.8.2 由於YSZ相變引起塗層體積變化而使塗層失效
2.8.3 TGO增長引起的塗層失效
2.8.4 熱腐蝕引起的塗層退化
2.9 熱障塗層的應用
2.9.1 熱障塗層在國外的應用
2.9.2 熱障塗層在國內的應用
2.10 熱障塗層的發展趨勢
參考文獻
第3章　封嚴塗層技術
3.1 塗層材料
3.1.1 可磨耗封嚴塗層
3.1.2 耐磨封嚴塗層
3.2 可磨耗封嚴和耐磨封嚴塗層製備技術
3.2.1 等離子噴塗
3.2.2 火焰噴塗
3.2.3 超聲速火焰噴塗和爆炸噴塗
3.2.4 電弧噴塗
3.3 塗層性能與檢測技術
3.3.1 可磨耗性能
3.3.2 其他性能測試
3.4 封嚴塗層的應用及發展趨勢
參考文獻
第4章　高溫抗沖蝕塗層技術
4.1 常見抗沖蝕塗層及其製備技術
4.1.1 常見抗沖蝕塗層
4.1.2 塗層製備方法
4.2 塗層抗沖蝕性能試驗
4.2.1 沖蝕試驗的主要影響因素
4.2.2 抗沖蝕性能評價設備
4.2.3 抗沖蝕塗層的主要性能指標
4.3 沖蝕理論研究進展
4.3.1 彈塑性變形為主的沖蝕磨損模型
4.3.2 脆性材料的沖蝕模型
4.3.3 二次沖蝕模型
4.4 抗沖蝕塗層研究現狀
4.4.1 單層ZrN和CrN塗層
4.4.2 TiAlN塗層（及crAlN塗層）
4.4.3 抗沖蝕耐腐蝕塗層
4.5 抗沖蝕塗層的應用與發展
4.5.1 抗沖蝕塗層的應用現狀
4.5.2 抗沖蝕塗層的發展趨勢
參考文獻
第5章　塗層的去除與再塗覆技術
5.1 研究背景
5.2 塗層退除
5.2.1 退除方法
5.2.2 退除方案
5.2.3 塗層化學退除研究
5.2.4 退除速率及分析
5.3 塗層的微觀結構和防護性能研究
5.3.1 微觀結構、成分分析
5.3.2 塗層修復後的防護性能
5.4 退除及再塗覆塗層對基體合金力學性能影響研究
5.4.1 力學性能試驗
5.4.2 物理方法退除及再塗覆塗層對基體力學性能影響
5.4.3 化學方法退除塗層對基體力學性能影響
5.4.4 化學方法退除及再塗覆塗層對基體力學性能影響
5.5 退除及再塗覆塗層待解決的問題及發展趨勢
參考文獻
第6章　高溫防護塗層技術的發展趨勢與展望
6.1 高溫防護塗層技術的發展趨勢
6.2 高溫防護塗層技術的展望
6.2.1 強化鋁化物複合材料防護塗層
6.2.2 抗高溫氧化微晶塗層
6.2.3 納米功能複合塗層
6.2.4.智能塗層
6.2.5 複合材料的抗氧化塗層
6.2.6 抗熱腐蝕塗層
6.2.7 複合陶瓷微疊塗層
參考文獻
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2.3.4納米結構熱障涂層
隨著對納米材料研究的深入與發展，納米結構熱障涂層尤其是采用熱噴涂技術制備納米涂層逐漸引起了人們的重視：一方面，晶粒達到納米尺寸使晶界急劇增加，導致晶格內聲子散射增強，從而降低涂層熱導率；另一方面，納米熱障涂層具有優異的力學性能，可提高涂層的可靠性，延長涂層的使用壽命。
Lima等對大氣等離子噴涂的納米氧化鋯涂層的表面粗糙度、顯微硬度和彈性模量進行了研究。發現納米氧化鋯涂層的表面比較光滑，隨著涂層粗糙度的降低，涂層的顯微硬度和彈性模量隨之增加。涂層顯微硬度的提高可歸因于噴涂過程中，熔滴較好的平鋪性，從而增加了彼此間的接觸點的數量。表面和斷面的顯微硬度比值為0.78 ±0.13。Chen等對大氣等離子噴涂納米氧化鋯涂層與不銹鋼基材間的抗拉強度進行了測定，其結果為45MPa，明顯優于傳統氧化鋯涂層與不銹鋼基材之間的抗拉強度。所制備的納米氧化鋯涂層結構致密，氣孑L率約為7％。涂層中大于10μm的氣孔，呈不規則的長條狀，約占總氣孔數的45％。小于1μm的氣孔呈圓形，分布比較均勻，占55％左右。
Ma等采用液相等離子噴涂法制備了低熱導氧化釔完全穩定化的氧化鋯TBCs（經1121℃，400h退火處理），在25℃~13000C時，其熱導率為0.55W?m-1?K-1~0.66W?m-1?K-1，遠低于傳統部分穩定化的氧化鋯TBCs，同時低于大氣等離子噴涂及電子束物理氣相沉積非納米涂層。這是由于摻雜形成的納米尺度的缺陷團簇和納米相以及非平衡相的存在使熱導率降低。Padture等也采用液相等離子噴涂法獲得ZrO2一7％（質量分數）Y2O3納米結構TBCs，其熱導率與溫度無關，為1.3W?m-1?K-1。Zhou等在Ni基高溫合金基體上先用低壓等離子噴涂法沉積NiCrAlY粘結層，再用大氣等離子噴涂法制備ZrO2-8％（質量分數）Y2O3納米TBCs，測得從室溫到800℃納米結構氧化鋯涂層的熱擴散率為2.15×10-3cm2／s～2.75×10-3cm2／s，傳統氧化鋯涂層為2.35×10*-3cm2／s~2.96×10-3cm2／s。Chen等采用噴霧干燥再造粒的喂料在鋁基體等離子噴涂納米結構ZrO2-3％（摩爾分數）Y2O3涂層，微觀結構形貌如圖2—16所示。研究發現，從室溫到1200℃，納米結構涂層在第一個熱循環和第二個熱循環的熱膨脹系數分別為11.0×10-6℃-1和11.6×10-6℃-1。熱擴散能力都隨溫度的增加有所降低。納米結構涂層為1.80×10-3cm2／s～2.54×10-3cm2／s，傳統氧化鋯涂層為2.25×10-3cm2／s～2.37×10-3cm2／s。
梁波等采用大氣等離子噴涂法制備了ZrO2-3％（摩爾分數）Y2O3納米TBCs，并在相同條件下制備常規TBCs。涂層以Ni基合金為基材，先噴涂50μm～70μm的NiCoCrAlY粘結層，然后噴涂200μm氧化鋯涂層。淬火實驗時，分別將試樣加熱到1000℃、1100℃、1200℃和1300℃，然后水冷10min后取出，高壓空氣吹干，如此循環，以涂層剝落面積約為總表面積的5％為涂層失效標準，結果是：納米涂層與傳統涂層的淬火壽命分別為118次、100次、50次、10次和48次、30次、28次、3次。