广泛用于制造航空航天发动机，各类燃气轮机热端部件，如涡轮部件的燃烧室部件，工作叶片，涡轮盘等的镍基合金是一种比较常见的高温合金。由于这些零部件长期服役在高温高应力的工作环境下，工作环境较为复杂苛刻，因此这些部件应同时具有较高的热强性及良好的抗高温耐腐蚀性能，但是对于同一高温合金来说，在很多时候同时满足这两方面是矛盾的，如 Ni 合金 ：Cr 元素是高温合金中抗热腐蚀性能较好的合金元素，其耐蚀性随着 Cr 含量的增加而急剧增强，通常镍基合金中，当 Cr 的含量大于 20 wt% 时，镍合金表面能够形成连续致密稳定的钝化膜，但由于高强度镍基合金中所含有的 Cr、Al、Mo 等合金元素含量过高时会形成有害的 σ 相（Cr,Mo）x（Ni,Co）y，另一方面虽然 Al元素能够有效提高合金的抗高温氧化性能，但只有当 Al 含量大于 15wt% 时，高温环境下合金表面才能形成连续致密的 Al₂O₃氧化膜，但当添加的 Al 含量过高时，合金的塑性必然会不断下降，从而降低了合金的力学性能和加工工艺性能。所以工程上通常采用在合金表面制备一层防护涂层来提高其抗高温氧化能力。

    因此对能够提高这些零部件的使用寿命和工作温度的高温防护涂层的研究具有十分重要的意义。故本文对国内外学者于镍合金表面耐氧化腐蚀涂层的制备方式及效果加以总结。

    1  镍合金表面耐氧化腐蚀涂层制备及效果

    1.1  磁控溅射法

    李美妲等人通过磁控溅射的方法在镍基单晶高温合金上沉积制备出 Ni Cr Al Y 涂层 , 并研究了真空热处理对涂层组织结构及其抗氧化性能的影响。研究结果显示 ：真空热处理后，通过溅射所得的 Ni Cr Al Y 涂层表面生成了具有优良抗氧化腐蚀性能的 α-Al₂O₃。在 1000℃温度下氧化 200h, 涂层表面的氧化铝膜大部分剥落 , 但通过真空热处理后的涂层表面氧化膜却仍然牢固地粘附在基体表面。真空热处理使得溅射 Ni Cr Al Y 涂层表面生成的氧化膜的粘附性更强 , 从而大大提高了溅射 Ni Cr Al Y 涂层的抗氧化性能。

    付广艳同样采用磁控溅射的工艺方法在镍合金表面制备了铝涂层，并在 600℃温度下对涂层进行真空扩散退火处理及预氧化处理，并研究了处理后的涂层在 1100℃高温下的抗氧化性能。研究结果显示，铝涂层在一定程度上提高了 Ni 基合金的抗氧化性能及耐腐蚀性能。

    1.2  料浆法

    杨世伟等人采用料浆法在 DZ4 镍基高温合金表面“二次”制备 Al-Si 涂层 , 其根据 GB/T13303-91 对 DZ4 合金的料浆渗铝硅试样进行了 1100℃下 300 小时的抗高温氧化实验。为了便于比较 , 对无防护处理的 DZ4 合金也进行了同环境下的氧化实验。

    结果表明，DZ4 合金渗 Al-Si 涂层的氧化动力学曲线基本上遵循抛物线规律 , 其抗氧化性及耐腐蚀性能均能明显要优于无防护涂层的 DZ4 合金。

    1.3  热喷涂法

    罗顺等采用低压等离子喷涂的工艺方法在镍基单晶高温合金表面制备了 Ni Co Cr Al YTa 涂层，研究结果显示，Ni、Cr、Al 和 Co 主要以 β-Ni Al、γ′ -Ni3Al、γ-Ni 及Cr Co Ta 等金属间化合物的形式均匀分布在涂层中，涂层与基体材料的界面处形成了 Ni、Cr、Al 和 Co 元素的浓度梯度，喷涂有涂层的镍合金的高温抗氧化性能明显优于无防护处理的镍基单晶高温合金。

    田素贵等通过对有无 Ni Cr Al Y 涂层的镍基单晶合金进行了不同温度下的恒温氧化动力学曲线测定并对高温氧化后镍合金的组织结构进行了观察，并研究了 Ni Cr Al Y 纳米晶涂层对高 Cr 含量的单晶 Ni 基合金的高温氧化行为的影响。结果表明 ：在高温氧化过程中，无防护涂层的试样有明显氧化腐蚀现象发生、同时产生了内氧化及内氮化，高 Cr含量的单晶合金经溅射 Ni Cr Al Y 纳米晶涂层后，其抗氧化腐蚀性能得到大大提高 ；溅射有防护涂层的试样在不同温度的恒温氧化动力学曲线仅仅在氧化初期有轻微增重，之后便趋于平稳，其表面形成的氧化铝膜连续致密，只有在近涂层与基体的界面处存在少量 Al N 内氮化物。另外，还有一些学者对 Ni Cr Al 合金涂层进行了试验研究。

    1.4电弧离子镀及粉末包埋法

   李艳琼等采用电弧离子镀及粉末包埋的联合工艺在镍基合金表面制备了 Al-Cr 复合涂层 , 并利用粉末包埋法在基体表面制备单一渗 Al 涂层作为对比，作者对两种涂层的组织结构及成分进行了分析，研究了镍基合金表面Al-Cr复合涂层及单一Al层在1000和1100℃下的恒温氧化行为。结果显示 : 复合涂层可以明显提高基体合金的抗氧化腐蚀性能，且远优于单一渗 Al 层。这是因为 Al-Cr 涂层在氧化过程中出现了 Cr（W） 析出带，进而阻碍了涂层中铝元素向基体方向的扩散，减缓了涂层的失效速度，另外 Cr 元素还可以促进 Al 的选择性氧化，提高涂层的自修复能力。

    2 结论

    虽已有不少学者采用各种技术手段在 Ni 基合金上制备防护涂层以提高其抗高温氧化及腐蚀能力，然而对于涂层在高温氧化腐蚀环境下作用于基体的防护机理方面的研究却较少，有必要在今后的研究中对此加以深入系统的分析，以便为防护涂层的应用提供更为有效的理论依据。

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责任编辑：殷鹏飞

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