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电弧离子镀MCrAlY高温防护涂层及改性研究

电弧离子镀；高温防护； NiCrAlY涂层；掺杂改性；NiAlHf涂层

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MCrAlY (M=Ni、Co、Fe或CoNi)涂层是航空发动机叶片上最常用的抗高温氧化和热障涂层黏结层材料，具有良好的塑性、较高的高温强度、优异的抗氧化性能以及抗腐蚀性能等，可有效提高涡轮叶片在1050℃的抗高温氧化和抗腐蚀的性能，已在多个型号发动机上实现应用。然而随着航空事业的迅猛发展，对材料性能的要求越来越高，新一代发动机叶片的热端部件材料已具有耐1050℃以上高温力学性能(高温强度，蠕变持久性能，疲劳性能)。然而在大于1050℃时，MCrAlY表面会生成相对较厚的氧化膜，导致应力集中而发生剥落，引起涂层的过早失效。因此MCrAlY涂层已无法满足该材料的防护需求，需要开发耐更高温度的抗氧化涂层。
常用的高温防护涂层制备技术有低压等离子喷涂（Low pressure plasma spraying，LPPS）、电子束物理气相沉积（Electron beam-physical vapor deposition，EB-PVD）、电弧离子镀（Arc ion plating，AIP）等。对于涂层的厚度均匀性、致密性和粗糙度要求较高的叶片而言，采用电弧离子镀技术是一个很好的选择，AIP具有绕镀性好，膜基结合强度高和沉积速率快等优点，在很多领域已得到广泛应用。本研究采用改良的电弧离子镀技术在航空发动机叶片镍基高温合金材料表面制备活性元素掺杂的NiCrAlY涂层以及NiAlHf涂层，考察其在更高温下的氧化行为，结果表明：1）不同元素掺杂的NiCrAlY涂层在1100℃时出现明显的元素聚集，从而导致较大差异的抗高温氧化性；2）电弧离子镀制备的NiAlHf涂层与NiCrAlY涂层相比表面粗糙度小，致密度高，在1150℃时仍保持良好的抗高温氧化性。
总之，本研究从制备技术、涂层成分与涂层结构、性能关系的角度阐述了本团队在MCrAlY涂层改性方面的研究进展，为航空发动机叶片下一代高温防护涂层的选择和应用提供可靠依据。