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热障涂层(TBC)是指由金属粘结层和陶瓷表面涂层组成的涂层系统,可以提高基体抗高温的能力,提高合金材料的使用温度。利用Al2O3-13%TiO2(AT-13)制备的热障涂层具有优异的耐磨、减摩、耐蚀等综合性能而应用广泛。介于已有的关于AT-13热障涂层的热性能及失效机理的研究较少,本文对AT-13热障涂层试样进行了热震和热氧化实验,从宏观和微观的角度对制备的微米Al2O3-13%TiO2(C-AT13)热障涂层和纳米Al2O3-13%TiO2(N-AT13)热障涂层的热震、热氧化性能进行了对比研究,对涂层的热失效机理进行了初步探讨,以期为后期研究及工艺参数的改进提供理论依据。本文首先采用GP-80型大气等离子喷涂设备(主气Ar,次气H2)在Q235钢基体上分别制备了NiCrAl和NiCrCoAlY两种过渡层试样,通过对其进行热震性能和热氧化性能方面的检测,对过渡层的材料进行了对比和选择;然后在Q235钢基体上通过正交试验对C-AT13和N-AT13的等离子喷涂工艺参数分别进行了优化设计;再在优化工艺参数下制备了C-AT13和N-AT13热障涂层;最后利用XRD、SEM、EDS等仪器对两种热障涂层的相组成、微观形貌、化学成分以及元素分布进行了检测分析,并对涂层的显微硬度、抗热震性及抗热氧化性进行了检测和对比分析。实验结果表明,NiCrAl涂层的抗热震性能、抗热氧化性能均优于NiCrCoAlY涂层,故选择NiCrAl作为AT-13热障涂层的过渡层材料;等离子喷涂C-AT13涂层的优化工艺参数为电压55V,电流600A,主气流量50L/min;等离子喷涂N-AT13涂层的优化工艺参数为电压60V,电流450A,主气流量40L/min;制备的C-AT13涂层的致密度不及N-AT13涂层;N-AT13涂层具有双态分布结构,而C-AT13涂层无此结构;从热震次数来看,C-AT13热障涂层的抗热震性与N-AT13热障涂层差别不大,但根据涂层热震失效的微观形貌来看,N-AT13热障涂层的抗热震性能优于C-AT13热障涂层;N-AT13热障涂层的抗热氧化性能亦优于C-AT13热障涂层。对AT-13热障涂层的热震和热氧化试样的分析表明,等离子喷涂过程中保留在涂层中的气孔,热应力所产生的裂纹,基材、过渡层、表面涂层彼此之间的界面处所生成的热生长氧化物(TGO)以及涂层制备中发生的相变所引起的体积变化,是造成热障涂层热震、热氧化失效的共同原因。