YSZ“活性”扩散障对MCrAlY/镍基单晶高温合金界面扩散行为的影响

高温下传统的渗铝涂层（β-NiAl）和MCrAlY涂层与镍基单晶高温合金基材发生互扩散导致涂层/基材界面形成了有害的第二相反应带（SRZ），明显降低了单晶合金的蠕变断裂寿命，同时导致涂层的早期失效。本项目拟在MCrAlY和镍基单晶高温合金界面预沉积一层"活性"扩散障YSZ（Y2O3 稳定的ZrO2），研究YSZ层对MCrAlY涂层和单晶高温合金之间界面反应，及其对涂层体系扩散、高温氧化及热腐蚀的影响及其机理，为发展新型的适用于单晶高温合金的高温防护涂层奠定理论基础。

根据项目申请书的研究内容，制备出活性扩散障涂层体系（高温合金/氧化锆/高温防护涂层），完成了涂层成分与结构的表征，进行了涂层体系的热震性能测试；分别在1000、1050、1100℃对涂层系统进行了恒温与循环氧化行为研究，表征了活性扩散障涂层体系在高温氧化过程中发生的合金组元扩散与界面反应；研究了活性扩散障层对高温防护涂层热腐蚀行为的影响。得到的具体研究结果为：1.电子束物理气相沉积是制备活性扩散障层的有效手段，但氧化锆的化学计量比对于扩散障的稳定性有影响；2.可以通过预制一高铝层（如Ni3Al）来提高基体侧的铝含量，有利于基体/氧化锆界面处连续氧化铝层的快速形成；3.在1000℃至1100℃恒温与循环氧化过程中，扩散障涂层有效阻止了基体与防护涂层间合金组元的互扩散，显著提高了防护涂层表面保护性氧化膜的剥落抗力；4.界面反应形成的内（基体/氧化锆界面）、外（氧化锆/防护涂层界面）氧化铝是稳态晶型结构，降低了氧化铝相变导致界面开裂的倾向；5.基体合金侧的铝活度影响内氧化铝膜的生长方式；6.热应力对外氧化铝膜的生长没有明显影响，但对内氧化膜的生长有显著影响作用。项目研究基本澄清了涂层制备工艺对涂层性能的影响作用，揭示了活性扩散障的作用机制，明了了涂层在高温氧化过程中经历的扩散与相变行为，并申请了一项发明专利“一种包含氧化锆活性扩散障层的高温涂层及制备方法”（申请号：201310280637.6），相应的文章待专利受理后发表。