广东省新材料研究所联合中南大学在MCrAlY涂层制备及失效机制研究中取得新进展

我国航空技术的飞速发展，对航空发动机的推重比和涡轮燃烧室的高效率、低能耗提出了越来越高的要求，使得航空发动机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展。随着涡轮前进口温度不断升高，涡轮叶片工作环境越来越恶劣，极易在高温环境下氧化，从而导致叶片使用寿命降低。目前，常用的解决方法是在叶片表面涂覆具有抗高温氧化与热腐蚀性能的防护涂层。MCrAlY涂层具有优异的抗高温氧化性，在高温氧化腐蚀环境中其表面会迅速形成一层具有低生长速率、粘附性好且连续致密的α-Al2O3薄膜，能够降低氧气对叶片的腐蚀，从而有效地解决涡轮叶片的高温氧化失效问题，被越来越广泛地应用于航空发动机涡轮叶片的高温防护上。电弧离子镀技术较大气等离子喷涂、电子束物理气相沉积等制备技术，具有绕镀性好，涂层与基体结合力强等优点，在高温防护涂层领域也得到广泛的应用。

广东省新材料研究所真空镀膜研究室一直致力于MCrAlY涂层的应用及失效机制研究，以电弧离子镀制备技术为基础，先后制备了NiCrAlY、NiCrAlYSi、NiCoCrAlYTa、NiAl等抗高温氧化性能涂层，并发表了多篇SCI学术文章。在近期的电弧离子镀沉积机理研究中发现因离化率的差异，沉积过程中容易出现涂层成分偏析，通过系统地研究偏压（Bias voltage）对NiCoCrAlYTa涂层成分、形貌、微观组织结构及抗高温氧化性能的影响，实现了优质NiCoCrAlYTa涂层的可控化制备。MCrAlY涂层失效问题是实现MCrAlY涂层广泛应用所必须要解决的问题，针对这一问题，广东省新材料研究所代明江教授和中南大学邹俭鹏教授课题组联合培养博士生杨洪志对NiCoCrAlYTa涂层的失效行为开展了深入的研究。发现棘轮状的涂层/氧化物层界面是应力的集中区域，易产生微裂纹，导致氧化层的剥落，对涂层的抗氧化性能产生重要的影响。同时活性元素通过改变氧化铝的形核和长大机制，可以有效地减缓涂层中Al含量的降低。通过对涂层沉积机理及失效机制的研究，为进一步优化涂层性能和成分设计，开发下一代耐更高温度防护涂层奠定了丰富的实验和理论基础。

相关的研究成果已经发表在腐蚀领域顶级期刊Corrosion Science（一区/IF6.355）。该研究工作得到国防基础加强、广东省科学院科技发展专项、广东省自然科学基金等项目支持。

相关链接：

[1]https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.11.030

[2]https://doi.org/10.1016/j.corsci.2019.03.022

NiCoCrAlYTa涂层氧化层失效示意图

NiCoCrAlYTa涂层在1050℃氧化（a）100 h和（c）200 h后的截面形貌。（b）和（d）是（a）和（c）中白色虚线框的放大图

撰稿：杨洪志