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镁合金表面热障涂层的制备及其性能研究

随着现代工业的不断发展，高温环境下的材料需求量不断增加，特

别是在航空、航天、电力、石油化工等领域，高温环境下的使用需求越

来越迫切。例如在飞机发动机中，高温气体对材料的腐蚀和热膨胀都是

极为严重的问题，往往会导致高温环境下材料的重量损失、机械强度下

降，甚至出现热疲劳。

为了解决这个问题，人们发现使用表面涂层能够有效地提高材料的

耐高温性能。其中一种常用的涂层材料是热障涂层（thermalbarrier

coating，简称TBC）。热障涂层一般由多层不同性质的材料构成，能够

有效地降低材料表面温度，减少材料热膨胀，同时也能够有效地保护基

材不受高温气体和金属氧化物的侵蚀。

在热障涂层中，最常用的基材是镁合金。因为镁合金具有低密度、

高比强度、高比刚度和良好的耐腐蚀性能等特点，是一种适合在航天、

航空、汽车和电子等领域中广泛应用的材料。但是，镁合金的使用温度

有限，一般不超过250℃，因此需要在其表面制备热障涂层以满足实际需

要。

热障涂层的制备方法很多，例如物理气相沉积、化学气相沉积、离

子束沉积、溅射和喷涂等。其中，喷涂法是较为简单、高效和经济的一

种方法。常用的喷涂方法包括等离子喷涂法、火焰喷涂法和电弧喷涂法

等。

热障涂层主要由两层组成，即涂层和粘结层。黏结层通常是金属涂

层，用于增强涂层与基材的结合强度。涂层一般由氧化铝或氧化锆等耐

磨、耐腐蚀的陶瓷材料构成，能够有效地降低基材表面的温度。

热障涂层的性能取决于其化学成分、微结构、厚度和结合方式等因

素。常用的性能指标包括热膨胀系数、热导率、弹性模量、抗热疲劳性

能和耐腐蚀性能等。特别是在高温环境下，热障涂层还需要具有良好的

热稳定性，能够长期保持稳定的热障效果，否则会导致涂层失效和基材

损坏。

最近的研究表明，采用复合涂层的方法可以进一步提高热障涂层的

性能。例如，在氧化锆涂层上加上一层热稳定的负载层可以有效地降低

涂层的热膨胀系数和热导率，提高涂层的抗热疲劳性能和稳定性。

总之，热障涂层的制备和性能研究是当前材料科学领域中一个重要

的研究方向。在未来的发展中，需要继续针对不同的应用场景和材料需

求，不断优化热障涂层的制备方法和性能，为高温环境下的材料保护提

供有效的解决方案。