● 摘要
Nb-Si基高温合金以其高熔点、低密度和优良的高温强度有潜力成为用作先进涡轮发动机的高温结构材料。但Nb-Si基高温合金抗高温氧化性能较差，限制了其应用。在合金表面制备防护涂层是一种常用的改善其抗高温氧化性能的方法。硅化物涂层具有与Nb-Si基合金接近的热膨胀系数和自愈能力，因而能够较好地保护Nb-Si基高温合金。在涂层的制备方法中，包埋渗法因其成本低、制得涂层与基体之间为冶金结合并可以在复杂形状的试样表面形成连续均匀的涂层等诸多优点而被广泛使用。
本文首先借助Thermo-Calc软件从热力学角度分析能否通过改变沉积条件(沉积原料成分、温度等)实现Nb-Si基合金表面Al-Si和Al-Si-Hf共渗。热力学计算结果表明，与NH4Cl相比，NaF作为活化剂时，更有可能实现Al-Si和Al-Si-Hf共渗。在热力学模拟的基础上，分别采用NH4Cl和NaF作活化剂，在合金表面进行Al-Si和Al-Si-Hf包埋渗实验。实验结果表明，NH4Cl作为活化剂无法实现Al-Si、Al-Si-Hf共渗；NaF作活化剂可以实现Al-Si、Al-Si-Hf共渗。所制得的Al-Si和Al-Si-Hf共渗涂层具有三层结构。外层主要由(Nb,X)Si2 组成，中间层为(Ti, Nb)5Si4，内层富含Al和Cr。
基体、Al-Si和Al-Si-Hf涂层试样在1250℃静态氧化实验条件下，100h氧化增重分为别103.66，3.68，4.12 mg/cm2。Al-Si和Al-Si-Hf共渗涂层都能显著提高基体的抗高温静态氧化性能。两者的氧化动力学曲线均遵循抛物线规律，说明在两种试样表面所形成的氧化物区域均能够有效地阻止试样的进一步被氧化。涂层表面所形成连续致密的氧化膜主要由TiO2、Al2O3和SiO2组成。
通过1250℃/200次的循环氧化实验发现，基体和Al-Si涂层在经过一定次数的循环氧化之后，表面均发生了不同程度的剥落。而Al-Si-Hf共渗涂层试样在经过200次循环氧化之后，涂层没有发生剥落，说明该共渗涂层具有很好的抗高温循环氧化性能。这主要是由于涂层中添加的活性元素Hf提高了氧化膜与基体之间的粘附性。
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