2005年3月4日
美国能源部的研究人员艾姆斯实验室和爱荷华州立大学该公司开发了一种新的热障涂层粘结层，可使飞机上的燃气涡轮发动机和其他发电技术更好地承受恶劣的高温环境。基础研究工作可以提供一个TBC系统，显著提高涡轮叶片的可靠性和耐久性，从而实现更高的运行效率和延长发动机寿命。
商用热障涂层由三层组成。第一层通常是一层以镍铝化合物(NiAl)为基础的富铝结合层。粘结层直接应用于涡轮叶片上。第二层是一种薄的、热生长的氧化物，或称TGO，它是在结合层中的铝氧化时形成的。第三层是一层薄的(大约半毫米)陶瓷涂层，导热系数低，因此可以作为防止热损伤的屏障。
艾姆斯实验室的资深科学家Dan Sordelet说:“通过在涡轮叶片上涂热障涂层，有可能提高发动机的燃烧温度，从而显著提高燃气涡轮的效率。”他解释说，结合层氧化并形成连续、缓慢生长和粘附的TGO层的能力对创建弹性和可靠的热障涂层至关重要。
Sordelet强调，TGO层由于时间和恶劣环境下的服务而开裂或破裂，是TBC系统和相关发动机部件故障的主要原因之一。此外，在1100摄氏度(2012华氏度)及以上的温度下，粘结层中的铝开始扩散到基材中，改变了粘结层的整体组成。
Sordelet说:“如果足够多的铝扩散到衬底中，最终会发生相变，即晶体结构的变化，并可能导致粘结层表面的大规模变形和TBC系统的后续失效。”他补充道:“最初，在非常平坦的粘结涂层表面上有一层非常薄的TGO层。如果键合层继续失去铝，从而发生相变，条件就会从薄而平变成薄而皱。’一旦出现应力，涂层脱落的可能性就会迅速增加。”
为了提高TBC系统的可靠性，Sordelet和Brian Gleeson(艾姆斯实验室材料与工程物理项目主任，ISU材料科学与工程教授)在各种镍-铝-铂或Ni-Al-Pt上进行了实验，欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球由艾姆斯实验室著名的材料制备中心制作的合金样品。欧洲杯足球竞彩
“Dan和我接受了海军研究办公室的资助，对Ni-Al-Pt体系进行基础研究，包括等温相图的实验测定，”Gleeson说。相图为阐明本系统中相组成/组成与性质之间的关系提供了急需的指导。
出乎意料的是，两位研究人员发现添加铂显著提高了具有与涡轮合金相同结构的富镍大块合金的抗氧化性。没有铂，这些合金形成一个相对快速的TGO规模，容易剥落，或破裂，在热循环。通过添加铂，合金变得高度抗氧化，形成一个坚韧的，缓慢增长的TGO规模。但索德莱和格里森还不满意。
Sordelet说:“在抗氧化合金的典型设计中，你总是会发现添加一点这个和一点那个可以产生戏剧性的效果。”“布莱恩的直觉告诉我们，不管是锆还是铪，都是非常准确的。”当研究人员在富含镍的混合物中加入其中一种或两种元素时，情况得到了极大的改善。
“随着铪的加入，氧化速率下降了一个数量级，”Sordelet说。“我们现在的增长率是有报道以来最低的。很了不起的!”
在目前的富铝结合层合金中，只有非常少量(例如，<0.1 wt.%)的锆或铪可以改善氧化，而添加太多则是有害的，导致灾难性的氧化失效。在商业涂料生产中，以经济有效的方式使如此少量的金属均匀分布是极其困难的。Gleeson强调说:“幸运的是，在新的富镍结合层中，我们观察到在较宽的浓度下，氧化率显著降低，从0.5 wt.%铪降到4 wt.%。”“对加工工程师来说，这些不再是‘微量’水平，因此可以很容易地在整个材料中进行均匀合金化。”这一特性为Sordelet和Gleeson的新涂料提供了一个巨大的加工窗口，他们都表示，这对他们在涂料行业接触过的人来说非常理想。
Gleeson和Sordelet对大块合金的研究又带来了另一个幸运的结果。他们发现铂改变了铝在富镍成分中的扩散行为。格里森解释说:“铝不是从粘结层向下进入基材，而是从基材向上进入粘结层。”“这种现象被称为‘上坡扩散’，它是铝和铂之间强烈化学相互作用的结果。使用我们的新型粘结涂层组合物，基材可以作为铝的大型储层，从而保持氧化层的保护性生长。”
这两位研究人员最近证明，他们的新涂层与目前先进的TBC系统中使用的结合涂层相比，具有显著的优势。“我们一直在与一家航空发动机制造商合作，迄今为止的结果非常令人鼓舞，”Sordelet说。
艾姆斯实验室是为能源部通过爱荷华州立大学．实验室的研究领域涉及国家关注的各个领域，包括能源、高速计算机设计、环境清理与修复、新材料的合成与研究。欧洲杯足球竞彩