熱障塗層又稱隔熱或絕熱塗層(Thermal Barrier Coatings,英文簡稱TBC或TBCs),是指可以為零件提供有效隔熱 、抗氧化和耐腐蝕作用,在高溫燃氣和零件基體金屬之間產生很大的溫降,從而達到延長熱機零件壽命 、降低冷卻要求以及提高熱機熱效率的塗層係統 。基本思路是在金屬基體表麵噴塗一種熱導率或熱擴散率非常低的塗層,要求該塗層在高溫熱流環境中工作時能夠承受很大的溫度梯度,其隔熱原理如下圖所示 。

熱障塗層隔熱原理示意圖

TBC的研究始於20世紀40年代,20世紀60年代後期開始用於JT8D發動機燃燒室,後來又用於JT9D發動機 。在JT9D發動機的導向葉片和一 、二級渦輪葉片的地麵耐久性試驗表明:具有TBC的一級葉片曆經2778次循環仍處於良好狀態,而無TBC的葉片,經過1500.次循環後,葉片緣板就產生了明顯破壞 。美國GE公司采用改進的等離子噴塗TBC,已使燃燒室的總壽命超過30000h 。

TBC的應用已經取得了非常顯著的效果,不僅降低了製造成本和比油耗,減少了對冷卻空氣量的要求,還提高了葉片工作的持久性 。據報道,在航空燃氣渦輪發動機的一級渦輪葉片上噴塗一層厚度為0.25mm的陶瓷熱障塗層,就可使冷卻空氣量減少6%,比油耗改善13%,葉片壽命提高4倍 。因此,TBC技術已廣泛應用於多個工業領域以提高熱效率,如各種燃氣輪機和內燃機 。在美國,許多航空發動機和幾乎所有的陸用和船用燃氣輪機的熱端部件(包括火焰筒 、旋流器 、加力燃燒室 、魚鱗板 、燃料噴嘴 、排氣管 、點火板 、燃燒室管路 、火焰穩定器 、渦輪葉片等)也都采用了TBC技術,每年約有幾百噸的氧化鋯材料用在TBC上,並且其應用範圍不斷擴大 。據美國Gorham先進材料研究所的研究表明,未來TBC在柴油機中的應用比例將會超過飛機工業 。此外,TBC在汽車 、摩托車上的應用也在不斷擴大 。而在瑞典,僅沃爾沃航空公司的一個分廠1997年就消耗了近10噸氧化鋯,與1995年相比,其消耗量翻了一番 。隨著科學技術的進步,航天 、航空 、燃氣發電 、化工和冶金等眾多領域促進了熱障塗層的研究與發展,現今TBC的應用是非常廣泛的 。高爐的送風口和出渣口要在1100~1450°C下經受高速煤粉的衝刷和鐵液的溶蝕,而應用TBC作為耐熱防護塗層,則可使其使用壽命顯著提高;應用TBC的新型霧化金屬噴嘴具有很好的抗腐蝕和抗熱震性能,工作壽命長且對於保證超細粉末質量有顯著作用;在汽車工業方麵,發動機進出氣口采用TBC的閥座可降低該部件的損耗;TBC也多用於以輕金屬鋁合金為基體材料的活塞式氣缸頂部和邊緣 。

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同時可進行塗層各種物理性能測試 ：耐高壓測試 ，孔隙率測試 ，結合強度測試 ，粗糙度測試 ，塗層厚度測試（渦流法等） ，絕緣電阻測試等等 。