摘要：航天用高温合金在服役时，都需要在其外表面涂敷防护涂层。这一方面可增强合金材料的抗高温氧化与腐蚀性能，而且涂层本身较薄，不影响材料的力学性能。文章简单介绍了近年来高温合金表面常用的一些高温防护涂层，如铝化物涂层、包覆涂层、热障涂层以及溅射纳米晶涂层等。

关键词：高温合金；防护涂层；高温氧化；热腐蚀

众所周知，性能越是先进的涡轮发动机，它的进口温度也越高。对于航空发动机的叶片来说，不但需要优良的高温机械性能，还要具备极佳的抗氧化性能和抗腐蚀性能。仅依靠改善叶片材料本身的性能已经无法满足这些要求，而高温防护涂层的出现，成功解决了这一问题。高温合金的防护涂层大多数较薄，一般来说起到保护基体合金不受高温氧化腐蚀的作用，而对高温下机械强度的要求可以让合金基体承担，这种设计能够大幅度地提高合金的使用年限。

1 铝化物涂层

铝化物涂层最早是使用粉末包埋法制备的。在镍基合金的外表面经过扩散渗铝的方法，可以得到金属化合物。在高温腐蚀环境中，这些金属间化合物的表面就会生成具有保护性的氧化膜，从而提高了合金基体的抗氧化性能。制备这种扩散涂层的方法比较多，常用的方法有包埋渗铝法、热浸渗铝法等。

简单渗铝涂层的抗氧化性能较好，工艺简单，成本低廉。但也存在不少缺点，如抗热腐蚀性能较差、退化速度过快等，20世纪60年代末期，新式的铝化物涂层开始出现。有人发现，在一般的渗铝涂层里添加微量的RE等，能够极大地增强传统铝化物涂层的抗腐蚀性[1]。

除了上述的改性铝化物涂层之外，还有Al/Si复合涂层、RE/Al复合涂层、难熔元素/铝化物复合涂层等，这些通过改进的渗铝涂层基本上都提高了传统铝化物涂层的抗高温氧化及抗腐蚀性，其应用前景非常好。

2 包覆涂层

在1960年之后，等离子喷涂技术、磁控溅射技术及电子束沉积等技术的快速发展，MCrAlY包覆涂层逐渐发展，并迅速在高温腐蚀防护领域得到推广。该涂层与合金基体的兼容性非常好，具有高韧性、较高的热强度、优异的抗氧化性能与抗腐蚀性能，最关键的一个优点是可以通过优化沉积参数和时间来调节涂层的厚度。

目前制备MCrAlY涂层的方法比较多，常用的方法包括物理沉积法、多弧离子镀法、磁控溅射法等，另外，还有近年来流行的喷涂技术，例如等离子喷涂法、火焰喷涂法以及氩气罩等离子喷涂法。

3 热障涂层（TBCs）

众所周知，航空燃汽轮机的进口温度和推重比越来越高，涡轮发动机的燃气温度及压力等参数也不断提升。为了能够在这种复杂苛刻的环境长时间服役，一种新型的复合涂层出现了，这就是热障涂层。热障涂层一方面能够降低发热零件的使用温度，防止材料的氧化及热腐蚀，另一方面也能让传统的防护涂层焕发新的活力。

现在，制备新型的热障涂层有两种方法：电子束气相沉积法以及等离子喷涂法。该涂层在热循环条件下服役时，涂层内部可能产生很大的热应力而导致开裂或剥落，最终导致热障涂层失效。目前，科学家设计出的多层系统/梯度热障涂层体系在一定程度上克服了上述缺点，但因其成本太高、制备工艺繁琐，未投入应用。

4 溅射纳米晶涂层

20世纪90年代，中国科学院金属所的科学家楼翰一和王福会等[2]首次提出了自防护合金的理论，采用磁控溅射的方法研制出一种新型的微晶涂层体系，就是后来被人们所熟知的纳米晶涂层。

纳米晶涂层有很多优点，例如抗恒温氧化的性能、抗循环氧化的性能、优异的抗剥落性能和极佳兼容性。这种涂层与合金基材具有完全一样的元素成分，因此在长期服役时，就不会出现与其他传统防护涂层一样的二次反应区，并形成有害的TCP相[3]。表面纳米化极大地提高了合金的抗氧化性能和热腐蚀性能。

5 发展趋势及应用前景

综上所述，未来一段时间，高温防护涂层研究的重点仍旧是抑制涂层与合金基体在高温下的互扩散及脆性相。与此同时，采用先进技术逐渐延长涂层的服役寿命，优化制备工艺，降低制备成本。随着表面纳米技术的不断进步，与合金基体同成分的纳米晶涂层将成为研究的热点，这种涂层具有很好的应用前景。

[参考文献]

[1]GOWARD G W.Progress in coatings for gas turbine airfoils[J].Surface and Coatings Technology，1998（108/109）：73-79.

[2]WANG F H.The effect of nanocrystallization on the selective oxidation and adhesion of Al2O3 scales[J].Oxidation of Metals，1997（3-4）：215-224.

[3]WANG X Y，XIN L，WANG F H，et al.Influence of sputtered nanocrystalline coating on oxidation and hot corrosion of a nickel-based superalloy M951[J].Journal of Materials Science & Technology，2014（9）：867-877.