随着航空工业的发展，涡轮发动机的燃气进口温度和效率不断提高，而现有的高温合金和冷却技术己难以满足这种需求。为此，在高温合金表面涂覆一层有隔热效果并具有良好抗高温氧化和热腐蚀能力的热障涂层（TBCs）系统，提高其使用温度和寿命，已成为一项十分重要技术手段。大量的研究表明，影响TBCs稳定性和寿命的最主要因素是位于TBCs系统中隔热陶瓷面层和超合金（MCrAlY）底层界面处存在的热生长氧化物(TGO)的氧化行为和热稳定性。而TGO的性能与TBC系统的陶瓷面层和合金底层的组织结构密切相关。本文主要涉及最新开发的超音速等离子喷涂（HEPJ）制备热障涂层技术的部分内容。由于相对于目前国内外通用的普通等离子喷涂（喷涂陶瓷粒子的速度约300~400m/s），超音速等离子喷涂粒子速度可大幅度提高到700~850m/s，可获得比传统TBCs组织更加精细和致密的涂层。本文较深入地研究了这一新技术制备细密化TBCs系统的组织结构特点对热障涂层高温氧化行为的影响规律。

首先选用了目前热障涂层粘结底层常用的4种品牌的NiCoCrAlY粉末，采用国内最新研制的HEPJ系统制备了涂层试样，进行了预氧化（1000℃，8h管式炉90%氩气保护）/高温氧化（1100℃，100h）和直接高温氧化的比较试验研究。结果表明，不同粉末尽管组成成分相近，但由于粉末结构、形态和粒度分布以及工艺过程不同，造成氧化和预氧化性能有很大差别；在此基础上，优选了一种粉末作为本文研究的双层结构TBCs（8%Y2O3-ZrO2/NiCoCrAlY）系统的底层材料，采用超音速等离子（HEPJ）和普通等离子（美国Metco　9M　system）两种喷涂工艺制备了TBC试样，进行了1100℃、120h氧化动力学对比试验，研究了它们的高温氧化行为；用SEM/EDS和XRD分析了TBC氧化前后的表面和截面微观组织和形貌，粘结层合金元素扩散与分布，以及TBC系统中TGO结构和演化；最后在本课题新研制的隔热效果测试平台上对两种TBSc系统的隔热性能进行了测试与评价。

结果表明：两种工艺制备的TBCs系统静态氧化动力学曲线均遵循抛物线规律，相对而言，超音速等离子制备的TBCs系统具有更好的抗氧化性能。HEPJ制备的TBCs系统组织细化、致密，有利于在陶瓷层/粘结层界面形成连续、致密的Al2O3薄层（TGO），有效阻缓了环境中的氧离子和粘结层合金元素的互扩散，提高了TBCs系统的热稳定性。