（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110023）

廣泛用于制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)，各類燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件，如渦輪部件的燃燒室部件，工作葉片，渦輪盤等的鎳基合金是一種比較常見的高溫合金。由于這些零部件長(zhǎng)期服役在高溫高應(yīng)力的工作環(huán)境下，工作環(huán)境較為復(fù)雜苛刻，因此這些部件應(yīng)同時(shí)具有較高的熱強(qiáng)性及良好的抗高溫耐腐蝕性能，但是對(duì)于同一高溫合金來說，在很多時(shí)候同時(shí)滿足這兩方面是矛盾的，如Ni合金：Cr元素是高溫合金中抗熱腐蝕性能較好的合金元素，其耐蝕性隨著Cr含量的增加而急劇增強(qiáng)[1]，通常鎳基合金中，當(dāng)Cr的含量大于20 wt%時(shí)，鎳合金表面能夠形成連續(xù)致密穩(wěn)定的鈍化膜[2]，但由于高強(qiáng)度鎳基合金中所含有的Cr、Al、Mo等合金元素含量過高時(shí)會(huì)形成有害的σ相（Cr,Mo)x(Ni,Co)y，另一方面雖然Al元素能夠有效提高合金的抗高溫氧化性能，但只有當(dāng)Al含量大于15wt%時(shí)，高溫環(huán)境下合金表面才能形成連續(xù)致密的Al2O3氧化膜，但當(dāng)添加的Al含量過高時(shí)，合金的塑性必然會(huì)不斷下降，從而降低了合金的力學(xué)性能和加工工藝性能。所以工程上通常采用在合金表面制備一層防護(hù)涂層來提高其抗高溫氧化能力[3]。

因此對(duì)能夠提高這些零部件的使用壽命和工作溫度的高溫防護(hù)涂層的研究具有十分重要的意義。故本文對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者于鎳合金表面耐氧化腐蝕涂層的制備方式及效果加以總結(jié)。

1 鎳合金表面耐氧化腐蝕涂層制備方式及效果

1.1 磁控濺射法

李美妲[4]等人通過磁控濺射的方法在鎳基單晶高溫合金上沉積制備出NiCrAlY涂層,并研究了真空熱處理對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)及其抗氧化性能的影響。研究結(jié)果顯示：真空熱處理后，通過濺射所得的NiCrAlY涂層表面生成了具有優(yōu)良抗氧化腐蝕性能的α-Al2O3。在1000℃溫度下氧化200 h,涂層表面的氧化鋁膜大部分剝落,但通過真空熱處理后的涂層表面氧化膜卻仍然牢固地粘附在基體表面。真空熱處理使得濺射NiCrAlY涂層表面生成的氧化膜的粘附性更強(qiáng),從而大大提高了濺射NiCrAlY涂層的抗氧化性能。

付廣艷[5]同樣采用磁控濺射的工藝方法在鎳合金表面制備了鋁涂層，并在600℃溫度下對(duì)涂層進(jìn)行真空擴(kuò)散退火處理及預(yù)氧化處理，并研究了處理后的涂層在1100℃高溫下的抗氧化性能。研究結(jié)果顯示，鋁涂層在一定程度上提高了Ni基合金的抗氧化性能及耐腐蝕性能。

1.2 料漿法

楊世偉[6]等人采用料漿法在DZ4鎳基高溫合金表面“二次”制備Al-Si涂層,其根據(jù)GB/T13303-91對(duì)DZ4合金的料漿滲鋁硅試樣進(jìn)行了1100℃下300小時(shí)的抗高溫氧化實(shí)驗(yàn)。為了便于比較,對(duì)無防護(hù)處理的DZ4合金也進(jìn)行了同環(huán)境下的氧化實(shí)驗(yàn)。

結(jié)果表明，DZ4合金滲Al-Si涂層的氧化動(dòng)力學(xué)曲線基本上遵循拋物線規(guī)律,其抗氧化性及耐腐蝕性能均能明顯要優(yōu)于無防護(hù)涂層的DZ4合金。

1.3 熱噴涂法

羅順等[7]采用低壓等離子噴涂的工藝方法在鎳基單晶高溫合金表面制備了NiCoCrAlYTa涂層，研究結(jié)果顯示，Ni、Cr、Al和 Co 主 要 以 β-NiAl、γ ′ -Ni3Al、γ-Ni及CrCoTa等金屬間化合物的形式均勻分布在涂層中，涂層與基體材料的界面處形成了Ni、Cr、Al和Co元素的濃度梯度，噴涂有涂層的鎳合金的高溫抗氧化性能明顯優(yōu)于無防護(hù)處理的鎳基單晶高溫合金。

田素貴[8]等通過對(duì)有無NiCrAlY涂層的鎳基單晶合金進(jìn)行了不同溫度下的恒溫氧化動(dòng)力學(xué)曲線測(cè)定并對(duì)高溫氧化后鎳合金的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，并研究了NiCrAlY納米晶涂層對(duì)高Cr含量的單晶Ni基合金的高溫氧化行為的影響。結(jié)果表明：在高溫氧化過程中，無防護(hù)涂層的試樣有明顯氧化腐蝕現(xiàn)象發(fā)生、同時(shí)產(chǎn)生了內(nèi)氧化及內(nèi)氮化，高Cr含量的單晶合金經(jīng)濺射NiCrAlY納米晶涂層后，其抗氧化腐蝕性能得到大大提高；濺射有防護(hù)涂層的試樣在不同溫度的恒溫氧化動(dòng)力學(xué)曲線僅僅在氧化初期有輕微增重，之后便趨于平穩(wěn)，其表面形成的氧化鋁膜連續(xù)致密，只有在近涂層與基體的界面處存在少量AlN內(nèi)氮化物。另外，還有一些學(xué)者[9]對(duì)NiCrAl合金涂層進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1.4 電弧離子鍍及粉末包埋法

李艷瓊等[10]采用電弧離子鍍及粉末包埋的聯(lián)合工藝在鎳基合金表面制備了Al-Cr復(fù)合涂層,并利用粉末包埋法在基體表面制備單一滲Al涂層作為對(duì)比，作者對(duì)兩種涂層的組織結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行了分析,研究了鎳基合金表面Al-Cr復(fù)合涂層及單一Al層在1000和1100℃下的恒溫氧化行為。結(jié)果顯示:復(fù)合涂層可以明顯提高基體合金的抗氧化腐蝕性能，且遠(yuǎn)優(yōu)于單一滲Al層。這是因?yàn)锳l-Cr涂層在氧化過程中出現(xiàn)了Cr(W)析出帶，進(jìn)而阻礙了涂層中鋁元素向基體方向的擴(kuò)散，減緩了涂層的失效速度，另外Cr元素還可以促進(jìn)Al的選擇性氧化，提高涂層的自修復(fù)能力。

2 結(jié)論

雖已有不少學(xué)者采用各種技術(shù)手段在Ni基合金上制備防護(hù)涂層以提高其抗高溫氧化及腐蝕能力，然而對(duì)于涂層在高溫氧化腐蝕環(huán)境下作用于基體的防護(hù)機(jī)理方面的研究卻較少，有必要在今后的研究中對(duì)此加以深入系統(tǒng)的分析，以便為防護(hù)涂層的應(yīng)用提供更為有效的理論依據(jù)。

[1]董秀哲,趙先存.鎳-鉻系列耐蝕合金研究[J].鋼鐵研究總院學(xué)報(bào),1984,4(1):1-5.

[2]A.Pardo,E.Otero,M.C.Merino,M.D.Lopez.The influence of Cr addition on the corrosionresistance of Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu in marine environments[J].Corri.Sci,2002,44:1193-1211.

[3]Sun K N,Wang F P,Cao Y.A Study of the properties of hot-dipped aluminum coating[J].MaterialsScience&Technolo gy,2002,10(2):193-195.

[4]李美妲，張重遠(yuǎn)，孫曉峰等.真空熱處理對(duì)鎳基單晶高溫合金濺射NiCrAlY涂層抗氧化性能的影響[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2002,22(3):153-156.

[5]付廣艷，俞立艷，武永昭，等.Al涂層對(duì)Ni基合金高溫氧化性能的影響[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,38(4):397-402.

[6]楊世偉，張志明，潘健全等.鎳基高溫合金滲Al-Si涂層抗高溫氧化性能研究[J].材料熱處理，2007,36(20):59-61.

[7]羅順，劉立斌，陳和興等.低壓等離子噴涂NiCoCrAlYTa涂層微觀結(jié)構(gòu)及抗氧化性能[J].熱加工工藝，2009,38(14):109.

[8]田素貴，盧旭東，王濤，等.NiCrAlY涂層對(duì)單晶鎳基合金高溫氧化行為的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2011,32(11):109-116.

[9]Mahesh R A,Jayaganthan R,Prakash S.High temperature oxidation studies on HVOF sprayed NiCrAl coatings on superalloys[J].Surface Engineering,2011,27(5):332-339.

[10]吳多利，姜肅猛，范其香等.鎳基高溫合金Al-Cr涂層的恒溫氧化行為[J].金屬學(xué)報(bào)，2014,50(10):1170-1178.