我國(guó)航空技術(shù)的飛速發(fā)展，使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比不斷提高，渦輪葉片工作環(huán)境日益惡劣，極易在高溫下因氧化腐蝕造成使用壽命降低。目前，有效的解決方案是在葉片表面涂覆具有抗高溫氧化與熱腐蝕性能的MCrAlY涂層，該涂層能在高溫下形成具有連續(xù)致密的α-Al2O3薄膜，可降低葉片的氧化腐蝕速率，從而有效延長(zhǎng)渦輪葉片的服役壽命。
省新材料研究所真空鍍膜研究室一直致力于MCrAlY涂層的應(yīng)用及失效機(jī)制研究，以電弧離子鍍制備技術(shù)為基礎(chǔ)，先后制備了NiCrAlY、NiCrAlYSi、NiCoCrAlYTa、NiAl等抗高溫氧化性能涂層，并發(fā)表了多篇SCI學(xué)術(shù)文章。在近期的電弧離子鍍沉積機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)因離化率的差異，沉積過程中容易出現(xiàn)涂層成分偏析，通過系統(tǒng)地研究偏壓（Bias voltage）對(duì)NiCoCrAlYTa涂層成分、形貌、微觀組織結(jié)構(gòu)及抗高溫氧化性能的影響，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)NiCoCrAlYTa涂層的可控化制備。MCrAlY涂層失效問題是實(shí)現(xiàn)MCrAlY涂層廣泛應(yīng)用所必須要解決的問題，針對(duì)這一問題，省新材料研究所代明江教授和中南大學(xué)鄒儉鵬教授課題組聯(lián)合培養(yǎng)博士生楊洪志對(duì)NiCoCrAlYTa涂層的失效行為開展了深入的研究。發(fā)現(xiàn)棘輪狀的涂層/氧化物層界面是應(yīng)力的集中區(qū)域，易產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致氧化層的剝落，對(duì)涂層的抗氧化性能產(chǎn)生重要的影響。同時(shí)活性元素通過改變氧化鋁的形核和長(zhǎng)大機(jī)制，可以有效地減緩?fù)繉又?span lang="EN-US">Al含量的降低。通過對(duì)涂層沉積機(jī)理及失效機(jī)制的研究，為進(jìn)一步優(yōu)化涂層性能和成分設(shè)計(jì)，開發(fā)下一代耐更高溫度防護(hù)涂層奠定了豐富的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。
相關(guān)的研究成果已經(jīng)發(fā)表在腐蝕領(lǐng)域頂級(jí)期刊Corrosion Science（一區(qū)/IF6.355）。該研究工作得到國(guó)防基礎(chǔ)加強(qiáng)、廣東省科學(xué)院科技發(fā)展專項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
NiCoCrAlYTa涂層氧化層失效示意圖
NiCoCrAlYTa涂層在1050℃氧化（a）100 h和（c）200 h后的截面形貌。（b）和（d）是（a）和（c）中白色虛線框的放大圖
（省新材料所 楊洪志/供稿）
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