论文摘要：EB-PVD制备NiAl基热障涂层粘结层材料高温氧化及燃气热腐蚀行为研究

MCrAlY(M：Ni、Co或Ni+Co)涂层和NiPtAl涂层是目前广泛使用的高温金属防护涂层体系，同时也可以作为热障涂层（TBC）的金属粘结层，这类涂层的长期最高使用温度一般不超过1150℃，同时抗海洋性气氛热腐蚀性能较差。随着航空发动机向更高推重比发展，要求粘结层材料的长期使用温度必须达到1150℃以上，且具有良好的抗热腐蚀能力。本文基于本课题组前期的研究工作基础，提出了一种新型Dy、Cr改性的β-NilA涂层，并对其高温氧化及抗海洋性气氛热腐蚀行为进行了研究。采用电子束物理沉积（EB-PVD）技术在K3高温合金表面制备了Dy、Cr改性的β-NiAl涂层，掌握了涂层成分和组织的精确控制技术。研究了改性β-NiAl涂层在1150℃的抗高温循环氧化性能， 初步明确了Cr、Dy添加对涂层抗高温氧化行为的影响机理。0.05at%Dy的加入有效提高了氧化膜与涂层的结合力，并降低了氧化膜的生长速率，100h氧化增重仅0.8mg/cm2；Cr的添加导致氧化膜的生长速率有所提高，经过200小时氧化后，β-NiAl-Cr (Dy)涂层表面出现了剥落，这是由于挥发性Cr氧化物的生成促进了氧化膜的剥落。采用一种较精确模拟燃气涡轮发动机工作环境的热腐蚀方法研究了改性NiAl涂层的抗热腐蚀性能，探讨了Cr对涂层的抗燃气腐蚀行为的作用机理。Dy改性涂层显著提高了基体合金的腐蚀性能，200h腐蚀增重为1.2mg/cm2，但腐蚀过程中产生了大量的深入涂层内部的点蚀坑。Cr、Dy共改性的NiAl涂层200h腐蚀增重仅为0.5mg/cm2，显示了比Dy改性涂层更为优良的抗腐蚀性能。其原因是：在热腐蚀过程中，富Cr氧化物聚集在氧化膜晶界，降低了O2-、S2-和Cl-的扩散速率，同时，提高了氧化膜表面的碱度，减缓了热氧化生长层（TGO）的熔解，从而消除了点蚀坑的形成。利用有限元力学模拟研究了高温氧化及热腐蚀后的热障涂层界面应力。在热腐蚀过程中，形成的尖晶石相与陶瓷层之间存在的拉应力远大于TGO/TBC界面的拉应力，因此裂纹将优先在尖晶石与陶瓷层界面产生。这表明：为提高热障涂层的寿命，必须降低TGO中尖晶石相的数量。

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