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摘要
涂覆于高温合金热端部件表面的热障涂层，具有隔热防护作用，属新一代燃气轮机的关键核心技术。等离子喷涂制备的热障涂层隔热性能好，但长时间高温服役后存在开裂剥落问题，引发基体烧蚀、造成巨大经济损失。因此，发展长寿命热障涂层是该技术领域的重大难题。本文从等离子喷涂热障涂层的独特层状结构特征入手，阐述涂层在高温服役中结构和性能的演变规律，揭示涂层剥落失效机理，总结长寿命热障涂层设计方法。研究表明，等离子喷涂热障涂层呈现以连通2D孔隙为主的层状多孔结构，具有优异的隔热功能和协调应变能力。然而，涂层在高温服役中发生烧结，2D孔隙大量消失，涂层显著刚化，使热障涂层开裂驱动力急剧增加，引发微观裂纹扩展并贯通形成大尺度裂纹，导致涂层最终剥落失效。据此，分别从降低开裂驱动力和增加开裂阻力两方面着手，总结抗开裂新结构涂层设计方法，为研发长寿命热障涂层指明了发展方向。在未来研究中，如何保证涂层高隔热和长寿命并同时兼顾经济性，是发展新一代高性能热障涂层的重点方向。
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单位西安交通大学; 金属材料强度国家重点实验室
