ความก้าวหน้าในการวิจัยและการพัฒนาแนวโน้มของกังหันแก๊ซหนักและชั้นเคลือบกันความร้อน (2)

ชั้นเคลือบกันความร้อน

พื้นหลังการวิจัยของชั้นเคลือบกันความร้อน

เนื่องจากการพัฒนาเครื่องกังหันแก๊ซตัวแรกในปี 1920 ที่ประสบความสำเร็จ เครื่องกังหันแก๊ซได้มีบทบาทสำคัญเสมอในด้านการผลิตไฟฟ้าและการขับเคลื่อน นอกจากนี้ ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีอุตสาหกรรม ระดับเทคโนโลยีของกังหันแก๊ซขนาดใหญ่ก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันแก๊ซขนาดใหญ่กลายเป็นเรื่องเร่งด่วนมากขึ้นเรื่อย ๆ ใบพัดกังหันเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่สำคัญของระบบเผาไหม้ของกังหันแก๊ซขนาดใหญ่ การเพิ่มอุณหภูมิทางเข้าของกังหันสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันแก๊ซขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น นักวิจัยที่เกี่ยวข้องสามารถทำงานเพื่อเพิ่มอุณหภูมิทางเข้าของกังหัน เพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในการทำงานของกังหันแก๊ซที่มีประสิทธิภาพในอนาคต ชั้นเคลือบกันความร้อนมักจะถูกพ่นลงบนผิวของชิ้นส่วนปลายร้อน

ในปี 1953 แนวคิดของชั้นเคลือบกันความร้อนได้ถูกเสนอครั้งแรกโดยสถาบันวิจัยนาซา-ลิวอิส ในสหรัฐอเมริกา [13] ซึ่งหมายถึง การเคลือบเซรามิกจะถูกพ่นลงบนพื้นผิวของชิ้นส่วนที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง โดยใช้เทคโนโลยีการพ่นความร้อน เพื่อให้เกิดการกันความร้อนและปกป้อง ลดอุณหภูมิผิวของใบพัด ลดการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ และยืดอายุการใช้งานของใบพัด เคลือบกันความร้อนได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนปลายร้อนของกังหันก๊าซอุตสาหกรรมและกังหันอากาศยาน (ใบพัดกังหันและห้องเผาไหม้ เป็นต้น) เนื่องจากมีคุณสมบัติยอดเยี่ยม เช่น ต้นทุนการเตรียมต่ำ และการป้องกันความร้อนที่ดี และได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติว่าเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับการผลิตกังหันก๊าซขนาดใหญ่

โครงสร้างของระบบเคลือบกันความร้อน

• ด้วยความก้าวหน้าและการพัฒนาของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อุณหภูมิทางเข้าของกังหันแก๊สสูงขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การฉนวนความร้อนที่ดีกว่าจากชั้นเคลือบกันความร้อน งานวิจัยส่วนใหญ่ทั่วโลกจึงเน้นไปที่การออกแบบโครงสร้างของชั้นเคลือบกันความร้อน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของโครงสร้างของชั้นเคลือบกันความร้อน [14] ตามโครงสร้างของชั้นเคลือบที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งออกเป็นสองชั้น หลายชั้น และโครงสร้างแบบค่อยเป็นค่อยไป [15]
• ในจำนวนนั้น การเคลือบกันความร้อนแบบสองชั้นที่ประกอบด้วยชั้นเซรามิกและชั้นเชื่อมต่อ ซึ่งเป็นการเคลือบกันความร้อนที่ง่ายที่สุดและพัฒนาไปมากที่สุดในโครงสร้างการเคลือบทั้งหมด ได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีการเคลือบกันความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเคลือบกันความร้อนแบบโครงสร้างสองชั้นที่ถูกใช้งานมากที่สุด จะใช้เซรามิกซิลิกาที่มีสารออกไซด์ของอิทริียม 6% ~ 8% (6-8YSZ) เป็นวัสดุชั้นเซรามิกภายนอก และโลหะผสม MCrAlY (M=Ni, Co, Ni+Co, เป็นต้น) เป็นวัสดุชั้นโลหะเชื่อมต่อ [16] อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความไม่สอดคล้องกันของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างชั้นเซรามิกและชั้นโลหะเชื่อมต่อ ทำให้เกิดแรงภายในการเคลือบได้ง่าย และทำให้การเคลือบหลุดล่อนเร็วกว่าปกติ
• เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของชั้นเคลือบกันความร้อน นักวิจัยได้เตรียมชั้นเคลือบกันความร้อนแบบโครงสร้างหลายชั้นที่มีโครงสร้างค่อนข้างซับซ้อน (ชั้นเคลือบผสม) ซึ่งหมายถึงการเพิ่มหลายชั้นของฉนวนและชั้นกันความร้อนบนพื้นฐานของชั้นเคลือบกันความร้อนแบบสองชั้น โดยทั่วไปจะมีประมาณห้าชั้น ในจำนวนนี้ ชั้นกันที่ได้รับการศึกษามากที่สุดส่วนใหญ่ประกอบด้วย Al2O3, NiAl ฯลฯ [17] FENG และคณะ [18] ใช้วิธี APS เพื่อเตรียมชั้นเคลือบกันความร้อน YSZ และ LZ/YSZ (ชั้นเคลือบเซรามิกสองชั้นแบบ La2Zr2O7 / ZrO2-Y2O3) และใช้เทคโนโลยีหลอมผิวด้วยเลเซอร์เพื่อหลอมผิวเคลือบ จากนั้นทำการทดสอบการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงที่ 1,100℃ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกับชั้นเคลือบกันความร้อน YSZ แล้ว ชั้นเคลือบเซรามิกสองชั้น LZ/YSZ มีความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันที่ดีกว่า แม้ว่าประสิทธิภาพของชั้นเคลือบกันความร้อนแบบหลายชั้นจะดีกว่าแบบสองชั้น แต่โครงสร้างและการเตรียมยุ่งยากกว่า และมีความต้านทานต่อแรงกระแทกทางความร้อนไม่ดี ทำให้มีข้อจำกัดในการนำไปใช้งานจริง ดังนั้น ชั้นเคลือบกันความร้อนแบบโครงสร้างเกรเดียนต์จึงเกิดขึ้น
• โครงสร้างเคลือบกันความร้อนแบบเกรเดียนต์มีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องขององค์ประกอบและโครงสร้างตามทิศทางความหนาของชั้นเคลือบ ส่งผลให้เกิดพื้นผิวระหว่างชั้นที่ไม่ชัดเจน เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างสองชั้นและหลายชั้น โครงสร้างเคลือบกันความร้อนแบบเกรเดียนต์ไม่เพียงแต่มีความสามารถในการทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้อย่างยอดเยี่ยม แต่ยังแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องในสมบัติของวัสดุ อีกทั้งยังมีลักษณะการบรรเทาความเครียดจากความร้อน และสามารถนำไปใช้งานในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงที่รุนแรงได้ เทคโนโลยีการพ่นความร้อนสำหรับเคลือบกันความร้อนแบบเกรเดียนต์ฟังก์ชันได้ถูกทบทวนโดยคุณ [Mr.] แม้ว่าจะมีวิธีการเตรียมหลากหลาย แต่ในทางปฏิบัติ การเคลือบกันความร้อนแบบเกรเดียนต์มีข้อเสีย เช่น กระบวนการเตรียมที่ซับซ้อน ยากต่อการควบคุมองค์ประกอบโครงสร้าง และมีต้นทุนสูง
• สรุปได้ว่า การเคลือบกันความร้อนแบบสองชั้นมีการใช้งานอย่างแพร่หลายและกระบวนการนี้พัฒนาจนสุกกับ และยังคงเป็นรูปแบบโครงสร้างที่ได้รับความนิยมสำหรับการเคลือบกันความร้อน ชั้นเซรามิกและชั้นเชื่อมต่อ [20] จะถูกเคลือบลงบนเมทริกซ์โลหะผสมโดยใช้เทคโนโลยีการพ่นความร้อน เมื่อเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง จะมีการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์ที่เติบโตขึ้นจากความร้อนบางๆ บนผิวของชั้นเชื่อมต่อ ตามที่แสดงในรูปที่ 1 โดยที่เมทริกซ์โลหะผสมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ได้รับการปกป้องจากชั้นเคลือบกันความร้อนสามารถรองรับแรงกลจากภายนอกได้ และวัสดุหลักจะเป็นซุปเปอร์อัลลอยด์ฐานนิกเกิลที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการออกซิเดชัน หน้าที่ของชั้นเชื่อมต่อคือเพิ่มแรงยึดเกาะระหว่างชั้นเซรามิกและเมทริกซ์โลหะผสม ความหนาโดยทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 50 ~ 150 µm และวัสดุที่เลือกใช้คือ MCrAlY (M=Ni/Co/Ni+Co) ซึ่งมีความแตกต่างของสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำเมื่อเทียบกับเมทริกซ์โลหะผสม ออกไซด์ที่เติบโตจากความร้อน (TGO) เป็นฟิล์มบางของ α-Al2O3 ที่ก่อตัวขึ้นระหว่างชั้นเซรามิกและชั้นเชื่อมต่อภายใต้สภาพแวดล้อมการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง มีความหนาประมาณ 1 ~ 10 µm ซึ่งมีผลอย่างมากต่อชั้นเคลือบ ชั้นเซรามิกมีหน้าที่ในการป้องกันความร้อน ป้องกันการกัดกร่อน และป้องกันการกระแทก [21] โดยทั่วไปแล้วมีความหนาประมาณ 100 ~ 400 μm และวัสดุหลักคือ 6-8YSZ ซึ่งมีสัมประสิทธิ์การนำความร้อนต่ำและสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงกว่าค่อนข้างสูง [22]

วัสดุของชั้นเคลือบกันความร้อน

อุณหภูมิทางเข้าของใบกังหันมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพการทำงาน การเพิ่มอุณหภูมิทางเข้าของใบกังหันเท่านั้นที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานได้ อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาของวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และอุตสาหกรรม อุณหภูมิการทำงานของชิ้นส่วนปลายร้อนของกังหันแก๊ซขนาดใหญ่ยังคงเพิ่มขึ้น อุณหภูมิขีดจำกัดของใบกังหันที่ทำจากโลหะผสมนิกเกิลคือ 1150℃ ซึ่งไม่สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่านี้ได้อีกแล้ว ดังนั้น การค้นหาและพัฒนาวัสดุเคลือบกันความร้อนที่มีคุณสมบัติยอดเยี่ยมจึงเป็นเรื่องเร่งด่วน ในจำนวนนี้ เนื่องจากสภาพการใช้งานของเคลือบกันความร้อนแย่มาก จึงมีเงื่อนไขในการเลือกวัสดุเคลือบกันความร้อนที่เข้มงวดมากขึ้นในกระบวนการจริง โดยปกติจะต้องการให้วัสดุชั้นเซรามิกมีค่าการนำความร้อนต่ำ อุณหภูมิหลอมเหลวสูง และไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสในช่วงอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องถึงอุณหภูมิการใช้งาน นอกจากนี้ยังต้องการสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง ทนทานต่อแรงกระแทกความร้อน มีความสามารถในการเผาผุและต้านการกัดกร่อน [24] ส่วนวัสดุชั้นเชื่อมต่อนั้นต้องมีคุณสมบัติต้านการกัดกร่อน ต้านออกซิเดชัน และมีความแข็งแรงในการเชื่อมต่อดี [25-26]

วัสดุชั้นเซรามิก

เงื่อนไขการใช้งานที่รุนแรงของชั้นเคลือบกันความร้อน จำกัด การเลือกวัสดุ ในปัจจุบัน วัสดุเคลือบกันความร้อนที่เหมาะสมสำหรับการนำไปใช้งานจริงมีอยู่จำกัดมาก โดยส่วนใหญ่เป็นวัสดุ YSZ และวัสดุ YSZ ที่ถูกเติมด้วยออกไซด์REEแรเรียร์ธ-earth oxide doped

(1) เซอร์คอนเนียที่ได้รับการเสถียรจากออกไซด์ยิทเทรียม

ในปัจจุบัน средиวัสดุเซรามิก ZrO2 มีความเด่นชัดด้วยจุดหลอมเหลวสูง การนำความร้อนต่ำ สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง และทนทานต่อการแตกหักได้ดี อย่างไรก็ตาม ZrO2 บริสุทธิ์มีสามรูปแบบผลึก: เฟーズ m (monoclinic), เฟーズ c (cubic) และเฟーズ t (tetragonal) และ ZrO2 บริสุทธิ์สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงของเฟーズได้ง่าย ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรและส่งผลกระทบเชิงลบต่ออายุการใช้งานของเคลือบผิว ดังนั้น ZrO2 มักจะถูกเติมสารเพิ่มเสถียรภาพ เช่น Y2O3, CaO, MgO และ Sc2O3 เพื่อเพิ่มเสถียรภาพของเฟーズ ในจำนวนนี้ 8YSZ มีสมรรถนะที่ดีที่สุด มันมีความแข็งเพียงพอ (~ 14 GPa) ความหนาแน่นต่ำ (~ 6.4 Mg·m-3) การนำความร้อนต่ำ (~ 2.3 W·m-1 ·K-1 ที่ 1,000℃) จุดหลอมเหลวสูง (~ 2,700℃) สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง (1.1×10-5 K-1) และคุณสมบัติอื่น ๆ ที่ยอดเยี่ยม ดังนั้น เมื่อเป็นวัสดุชั้นเซรามิก จะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเคลือบผิวสำหรับกันความร้อน

(2) เรียร์เอิร์ธออกไซด์ที่ผสมลงใน YSZ

เมื่อ YSZ ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 1,200 °C เป็นเวลานาน มักจะเกิดการเปลี่ยนเฟーズและการเผาชุบ ในด้านหนึ่ง เฟーズรูปทรงสี่เหลี่ยมไม่สมดุล t' จะเปลี่ยนเป็นสารผสมของเฟーズรูปทรงลูกบาศก์ c และเฟーズรูปทรงสี่เหลี่ยม t และระหว่างการเย็นตัว t' จะเปลี่ยนเป็นเฟーズรูปทรงสามเหลี่ยม m โดยมีการเปลี่ยนแปลงเฟーズอย่างต่อเนื่องพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร ส่งผลให้เกิดการลอกออกของชั้นเคลือบอย่างรวดเร็ว [27] ในอีกด้าน การเผาชุบลดความเป็นรูพรุนในชั้นเคลือบ ทำให้ประสิทธิภาพในการกันความร้อนและความทนทานต่อแรงยืดของชั้นเคลือบลดลง และเพิ่มความแข็งและความยืดหยุ่นของโมดูลัส ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อสมรรถนะและความยาวนานของชั้นเคลือบ ดังนั้น YSZ จึงไม่สามารถใช้งานได้ในเครื่องยนต์กังหันแก๊สรุ่นถัดไป

โดยทั่วไปแล้ว ประสิทธิภาพของ YSZ สามารถปรับปรุงได้โดยการเปลี่ยนหรือเพิ่มประเภทของสารเสถียรสำหรับเซอร์โคนิค เช่น การใช้วิธีการเติม YSZ ด้วยออกไซด์แรร์เอิร์ธ [28-30] พบว่าความแตกต่างของรัศมีระหว่างไอออน Zr และไอออนที่เติมนั้นยิ่งมากเท่าไหร่ ความเข้มข้นของข้อบกพร่องก็จะยิ่งสูงขึ้น ซึ่งสามารถช่วยเพิ่มการกระเจิงโฟนอนและลดค่าการนำความร้อนลงได้ [31] CHEN และคณะ [32] ใช้วิธี APS เพื่อเตรียมชั้นเซรามิกของแผงกันความร้อน (LGYYSZ) ที่เติม La2O3, Yb2O3 และ Gd2O3 เข้ากับ YSZ จากนั้นวัดและคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและการนำความร้อนของแผงกันความร้อน และทำการทดสอบวงจรความร้อนที่ 1,400℃ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นเคลือบ YSZ แล้ว แผ่นเคลือบ LGYYSZ มีการนำความร้อนต่ำกว่า อายุการใช้งานของวงจรความร้อนยาวนานกว่า และมีเสถียรภาพของเฟสที่ดีที่ 1,500℃ Li Jia และคณะ [33] เตรียมผง YSZ ที่เติม Gd2O3 และ Yb2O3 โดยวิธีการตกตะกอนร่วมทางเคมี และเตรียมแผ่นเคลือบ YSZ ที่เติม Gd2O3 และ Yb2O3 โดยวิธี APS นอกจากนี้ยังศึกษาผลกระทบของการเติมออกไซด์ในปริมาณต่างๆ ต่อเสถียรภาพของเฟสของแผ่นเคลือบ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเสถียรภาพของเฟสของแผ่นเคลือบ YSZ ที่เติม Gd2O3 และ Yb2O3 มีความเสถียรกว่าแผ่นเคลือบ 8YSZ แบบเดิม เมื่อเติมในปริมาณต่ำ จะมีเฟส m เหลือน้อยหลังจากการบำบัดความร้อนที่อุณหภูมิสูง และจะเกิดเฟสลูกบาศก์ที่เสถียรเมื่อเติมในปริมาณสูง

เมื่อเปรียบเทียบกับ YSZ แบบดั้งเดิม เซรามิก YSZ ที่ปรับปรุงใหม่มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า ซึ่งทำให้ชั้นเคลือบกันความร้อนมีประสิทธิภาพในการป้องกันความร้อนดีขึ้น และมอบพื้นฐานที่สำคัญสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับชั้นเคลือบกันความร้อนประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม สมรรถนะโดยรวมของ YSZ แบบดั้งเดิมดีและถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย ไม่สามารถแทนที่ได้ด้วย YSZ ที่ปรับปรุงใด ๆ

วัสดุชั้นเชื่อมต่อ

ชั้นการประสานมีความสำคัญมากในระบบเคลือบกันความร้อน นอกจากนี้ ชั้นเซรามิกสามารถประสานกับเมทริกซ์โลหะผสมได้อย่างแน่นหนา และลดแรงดึงภายในที่เกิดจากความไม่สอดคล้องของสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนในเคลือบได้ อีกทั้งยังสามารถปรับปรุงความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนทางความร้อนและการออกซิเดชันของระบบเคลือบทั้งหมด โดยการสร้างฟิล์มออกไซด์ที่หนาแน่นที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะยืดอายุการใช้งานของเคลือบกันความร้อนได้ ในปัจจุบัน วัสดุที่ใช้สำหรับชั้นการประสานมักเป็นโลหะผสม MCrAlY (M เป็น Ni, Co หรือ Ni+Co ขึ้นอยู่กับการใช้งาน) โดยเฉพาะ NiCoCrAlY ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกังหันก๊าซขนาดใหญ่เนื่องจากคุณสมบัติที่ดี เช่น การต้านทานการออกซิเดชันและการกัดกร่อน ในระบบ MCrAlY Ni และ Co ถูกใช้เป็นองค์ประกอบหลัก เนื่องจาก Ni มีความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันที่ดี และ Co มีความสามารถในการต้านทานความเหนื่อยล้าที่ดี ทำให้ Ni+Co มีคุณสมบัติที่ดี เช่น การต้านทานการออกซิเดชันและการกัดกร่อน ในขณะที่ Cr ใช้เพื่อเพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของเคลือบ Al สามารถเพิ่มความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันของเคลือบ และ Y สามารถเพิ่มความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนและการกระแทกจากความร้อนของเคลือบ

ประสิทธิภาพของระบบ MCrAlY นั้นยอดเยี่ยม แต่สามารถใช้งานได้เฉพาะอุณหภูมิต่ำกว่า 1,100℃ เท่านั้น เพื่อเพิ่มอุณหภูมิในการใช้งาน ผู้ผลิตและนักวิจัยหลายรายได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการปรับปรุงชั้นเคลือบ MCrAlY เช่น การเติมธาตุผสมอื่นๆ เช่น W, Ta, Hf และ Zr [34] เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของชั้นพันธะ (bond layer) YU et al. [35] ได้พ่นชั้นกันความร้อนซึ่งประกอบด้วยชั้นพันธะ NiCoCrAlY ที่ถูกปรับปรุงด้วย Pt และชั้นเซรามิกโครงสร้างนาโน 4% น้ำหนัก zirconia ที่เสถียรด้วย yttrium (4YSZ) ลงบนโลหะผสมนิกเกิลเจเนอเรชันที่สอง การทดสอบพฤติกรรมภายใต้การหมุนเวียนความร้อนของชั้นกันความร้อน NiCoCrAlY-4YSZ ในอากาศและการศึกษาผลกระทบของ Pt ต่อการก่อตัวและความต้านทานการออกซิเดชันของ TGO ที่อุณหภูมิ 1,100℃ พบว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ Nicocraly-4YSZ การปรับปรุง NiCoCrAlY ด้วย Pt มีประโยชน์ต่อการก่อตัวของ α-Al2O3 และการลดอัตราการเติบโตของ TGO ซึ่งช่วยขยายอายุการใช้งานของชั้นกันความร้อน GHADAMI et al. [36] ได้เตรียมชั้นเคลือบคอมโพสิตนาโน NiCoCrAlY โดยการพ่นด้วยเปลวไฟความเร็วสูงพร้อม nanoCEO2 ชั้นเคลือบคอมโพสิตนาโน NiCoCrAlY ที่มี nanoCEO2 0.5, 1 และ 2% น้ำหนัก ได้ถูกเปรียบเทียบกับชั้นเคลือบ NiCoCrAlY แบบปกติ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าชั้นเคลือบ NICocRALy-1% น้ำหนัก nano-CEO2 คอมโพสิต มีความต้านทานการออกซิเดชันที่ดีกว่า ความแข็งสูงกว่า และมีความพรุนต่ำกว่าชั้นเคลือบ NiCoCrAlY แบบปกติและชั้นเคลือบคอมโพสิตนาโน NiCoCrAlY อื่นๆ

ในปัจจุบัน นอกจากระบบ MCrAlY ที่สามารถใช้สำหรับชั้นพันธะได้แล้ว NiAl ก็ยังเป็นวัสดุสำคัญของชั้นพันธะเช่นกัน NiAl ส่วนใหญ่ประกอบด้วย β-NiAl ซึ่งจะสร้างฟิล์มออกไซด์หนาแน่นต่อเนื่องบนผิวเคลือบเมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูงกว่า 1,200℃ และถูกยอมรับว่าเป็นวัสดุที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับการใช้เป็นโลหะชั้นพันธะรุ่นใหม่ เมื่อเปรียบเทียบกับ MCrAlY และเคลือบ β-NiAl แบบเดิม เคลือบ PT-β-NiAl มีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนที่ดีกว่า แต่ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นในอุณหภูมิสูงมีความยึดเกาะไม่ดี ซึ่งจะทำให้ชีวิตการใช้งานของเคลือบสั้นลงอย่างมาก ดังนั้น เพื่อปรับปรุงสมรรถนะของ NiAl นักวิจัยจึงทำการศึกษาการเติมสารเพิ่มคุณสมบัติแก่ NiAl Yang Yingfei และคณะ [37] ได้เตรียมเคลือบ NiCrAlY เคลือบ NiAl เคลือบ NiAl ที่ปรับด้วย PT และเคลือบ NiAl ที่เติม Pt+Hf พร้อมเปรียบเทียบความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันของเคลือบทั้งสี่ชนิดนี้ที่อุณหภูมิ 1,100℃ ผลลัพธ์สุดท้ายแสดงให้เห็นว่าเคลือบที่มีความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันดีที่สุดคือเคลือบ NiAl ที่เติม Pt+Hf Qiu Lin [38] ได้เตรียมโลหะผสม NiAl ที่มีปริมาณ Al แตกต่างกันและโลหะผสม β-NiAl ที่มีปริมาณ Hf/Zr แตกต่างกันโดยกระบวนการหลอมอาร์กในสุญญากาศ และศึกษาผลกระทบของ Al, Hf และ Zr ต่อความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันของโลหะผสม NiAl ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันของโลหะผสม NiAl เพิ่มขึ้นตามปริมาณ Al ที่เพิ่มขึ้น และการเติม Hf/Zr ในโลหะผสม β-NiAl จะช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชัน โดยปริมาณการเติมที่เหมาะสมคือ 0.1 at.% และ 0.3 at.% ตามลำดับ LI และคณะ [39] ได้เตรียมเคลือบ β-(Ni, Pt) Al แบบแร่หายากที่ปรับปรุงใหม่บนโลหะผสมซุปเปอร์อัลลอยด์ฐาน Ni2Al ที่มี Mo เป็นส่วนประกอบหลัก โดยใช้เทคโนโลยีการเคลือบด้วยไฟฟ้าและเทคโนโลยีการเคลือบอะลูมิเนียมที่มีกิจกรรมต่ำ และเปรียบเทียบเคลือบ β-(Ni, Pt) Al แบบแร่หายากกับเคลือบ β-(Ni, Pt) Al แบบเดิม การทดสอบพฤติกรรมการออกซิเดชันแบบไอโซทร็อปิกของเคลือบ Pt) Al ที่อุณหภูมิ 1,100℃ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าธาตุแร่หายากสามารถเพิ่มความสามารถในการต้านทานการออกซิเดชันของเคลือบได้

สรุปได้ว่า การเคลือบด้วย MCrAlY และ NiAl มีข้อดีข้อเสียเป็นของตัวเอง ดังนั้นนักวิจัยควรดำเนินการวิจัยปรับปรุงต่อไปบนพื้นฐานของสองวัสดุเคลือบนี้ โดยมองหาการพัฒนาวัสดุชั้นผูกพันโลหะใหม่ เพื่อให้สามารถเพิ่มอุณหภูมิในการใช้งานของชั้นกันความร้อนสำหรับกังหันแก๊ซขนาดใหญ่ให้สูงขึ้น