高温防氧化金属涂层的缺陷

适于高温金属用的涂层起的是一种不使反应气体如氧或氮进到基材表面的阻挡层的作用。防护的方式，几乎无例外地都是基于涂层中某一元素（即Al或Si）的选择性氧化以在表而形成防护性氧化物。理论上，涂层寿命应由氧化过程动力学决定。就是说,在任意温度下,寿命应当取决于涂层的氧化速度以及涂层厚度。

如前所述，涂层系统的有效寿命通常仅是涂层基于氧化动力学的理论寿命的一小部分.对这种特点的一个解释是事实上涂层成分在使用时变化了。涂层中的元素向外扩散到氧化皮或大气并向内扩散到基材，以及元素由基材向涂层内扩散,均在高温下发生。这就导致涂层的浓度降低,并变成较不抗氧化的形式.扩散反应动力学往往较表面氧化过程动力学快得多。后者由穿过氧化皮的扩散控制，与金属基体中的原子扩散相比要来得慢.因此,发现多数情况下,涂层寿命取决于涂层与基材的互扩散而不取决于表面的氧化过程，并不感到不可思议.

即使在这种情况下,理论研究也告诉我们,实际涂层寿命又仅是根据互扩散考虑所预计的寿命的一小部分.Mo上MoSi2涂层在1371.1°C空气中的这种情形示于图14中.这种系统的寿命已知是取决于因硅向基材内扩散使涂层转化为MosSis所需要的时间C61,80]。对于50.8微米厚的涂层来说,根据这种扩散过程计算的寿命在1371.1°C 是40小时，如图14所示，50.8微米厚的涂层的实际寿命则仅18小时C81.涂层实际上起到的作用，好像它是31.7微米厚而不是50.8微米厚.实验测得的曲线和计算的曲线具有相同的形状，但实验测定的性能在所有厚度时均低干预计的性能.基本的破坏方式和计算时设想的一样，最终破坏是因硅由于扩散入基材而耗尽的结果。当氧化表面的NoSi2为NMoSig取代时,涂层即告失效.