热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)是指沉积在金属基体表面、具有良好隔热效果的陶瓷复合涂层。TBCs利用陶瓷热导率低的特点,使在高温环境下工作的零部件温度降低到正常的使用工作温度范围,保护热端部件免受高温氧化、热腐蚀或者机械磨损。陶瓷涂层材料的优异隔热性能与金属材料的高韧性、高强度相结合构成的热障涂层系统已广泛应用在航空、航天以及火力发电等领域。然而在高温环境下长期工作,陶瓷层的剥落失效严重阻碍了热障涂层的发展应用。为不断提高热障涂层的使用温度,延长其使用寿命,人们通过调整热障涂层的涂层结构,选用新型陶瓷层材料和金属粘结层材料,以及分析涂层失效机理等方面进行了深入研究。这些研究对热障涂层的发展有着深远的意义。本文选用了氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和锆酸镧(LZO)两种粉末,通过大气等离子喷涂设备在镍基高温合金基体制备了单层YSZ涂层和YSZ+LZO复合涂层。涂层制备完成后,采用高温热处理炉在1200℃下对涂层进行了热震试验和高温氧化试验来检测涂层的抗热震性能和耐高温氧化性能,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)分析了热障涂层脱落失效的原因和生成的热生长氧化物(TGO)的成分。采用了摩擦磨损试验仪和维氏硬度计检测了涂层的力学性能。在相同的热震试验条件下,单层YSZ热障涂层和LZO+YSZ复合热障涂层分别经历93次和102次热震试验脱落失效,通过复合LZO结构使热障涂层寿命得到9次的提高。涂层脱落失效的原因主要是由于涂层与基体材料之间的热膨胀系数不一致,在高低温循环的过程中造成涂层内部产生热应力最终使涂层脱落失效。高温氧化试验中涂层在长时间的高温环境中由于氧气通过涂层表面孔隙和微裂纹进入涂层内部,会与粘结层中的金属元素发生化学反应。在粘结层与陶瓷层的界面处生成TGO层,随着高温氧化试验的进行TGO的不规则的生长最终造成涂层脱落失效。在反应前期由于Al元素的反应活性比较高,首先与O元素反应生成Al2O3,随着反应的进行Al元素的含量不断下降,O元素将与粘结层中的Ni、Cr元素生成Ni O等尖晶石相的氧化物。力学性能测试表明,YSZ+LZO复合涂层的摩擦系数高于单层YSZ涂层,说明其表面更粗糙。单层YSZ涂层与YSZ+LZO复合涂层相比在相同的载荷试验条件下有更高的显微硬度值,即有更好的抗压变形能力。