原位生长氧化膜提升PdCr薄膜应变计高温稳定性的创新研究

【编辑推荐】为解决PdCr薄膜应变计(TFSG)在高温环境下易氧化导致性能不稳定的问题，研究人员创新性地采用原位生长Cr2O3氧化膜作为保护层。通过优化Cr层厚度(1L-3L)和氧化时间(3-8h)，发现3L Cr层氧化5h可形成最佳保护效果，使传感器在800℃下实现TCR 151.78 ppm/℃、DR 0.0002/h和GF 1.739的优异性能，为高温应变传感技术提供新思路。

　　

在航空发动机极端高温、高压和振动环境下，叶片疲劳裂纹的实时监测直接关乎飞行安全。传统箔式应变计因侵入性强、基底附着力差难以满足需求，而PdCr薄膜应变计(TFSG)虽具有优异机械性能和高温稳定性，却在600℃以上面临Cr/Pd氧化迁移、Cr₂O₃应力开裂等挑战。现有Al₂O₃等外覆保护层工艺复杂，且无法实现自修复。针对这一瓶颈，中国的研究团队在《Applied Surface Science》发表研究，提出通过原位氧化Cr层生成自愈合Cr₂O₃保护膜的新策略。

研究采用磁控溅射在996氧化铝陶瓷基底上沉积PdCr(87:13)敏感层与梯度厚度Cr层(1L/2L/3L)，通过控制氧化时间(3/5/8h)调控氧化膜特性。结合SEM、XPS等表征手段评估膜层形貌与成分，最终制备TFSG并测试高温电学性能。

【Microstructural characterization】SEM显示3L Cr层氧化5h形成的Cr₂O₃膜最致密均匀，能有效阻隔氧扩散；XPS证实该条件下Cr³⁺氧化态占比达92.6%，优于其他参数组。

【Conclusion】优化后的Cr₂O₃/PdCr TFSG在800℃展现突破性性能：TCR(151.78 ppm/℃)较文献报道降低2.3%，DR(0.0002/h)仅为传统方法的1/450，GF(1.739)提升11.8%。Cr₂O₃的自修复特性使氧化损伤区域能自动填补，解决了外覆保护层界面失效的难题。

该研究首次将原位氧化防护理念引入高温应变传感领域，Nan Zhao等通过材料体系创新与工艺优化，为航空发动机健康监测提供了更可靠的技术方案。相较于NASA等机构报道的复合氧化物保护层，该方法将工艺步骤缩减60%，同时实现更优的稳定性指标，对推动高温智能传感技术发展具有里程碑意义。