● 摘要
IC211是一种具有优异高温力学性能的Ni3Al基单晶高温合金，然而合金抗高温氧化性能亟待提高。本论文基于课题组前期研究基础，开展了IC211合金抗1150℃高温氧化防护涂层的研究，研制了Al-Si/NiAlHf双结构金属防护涂层，研究了涂层在1150℃高温下的高温氧化行为及界面阻扩散机制。
采用包埋渗和气相渗两种方法在IC211合金上制备了Al-Si涂层，通过综合考虑涂层相组成、厚度、工艺稳定性及Si含量，优化了涂层扩散渗制备工艺。循环氧化实验结果表明，该涂层在1100℃具有优异的抗高温氧化性能及阻扩散作用，经过100h氧化后发生了β-NiAl向γ’-Ni3Al的相转变；涂层在1150℃下仍然具有阻扩散作用，但涂层组织退化严重，而且内氧化严重。
采用电子束物理气相沉积法在Al-Si涂层试样上沉积制备了NiAlHf涂层，比较研究了Al-Si、NiAlHf、Al-Si/NiAlHf三种涂层在1150℃的高温氧化性能。与单一Al-Si涂层和单一NiAlHf涂层相比，Al-Si/NiAlHf涂层在1150℃氧化膜生长速率较低，经过150h循环氧化后，氧化膜没有发生明显剥落，主要由α-Al2O3相组成；Al-Si涂层经过循环氧化50h后即开始发生明显剥落；NiAlHf涂层经过100h循环氧化后，表面形成了以α-Al2O3和NiAl2O4相组成的氧化膜，经过110h循环氧化后，氧化膜开始发生剥落失效。
研究并揭示了Al-Si中间层对Al-Si/NiAlHf涂层抗高温氧化行为的作用机理。对于NiAlHf涂层，高温下合金基体中Mo等难熔强化元素外扩散进入涂层，形成挥发性氧化物，导致在氧化膜/涂层界面形成孔洞，降低了氧化膜的黏附性，并加速了氧化膜剥落失效。对于Al-Si/NiAlHf涂层，在氧化初期，NiAlHf涂层中微量Si元素促进了θ-Al2O3向α-Al2O3的转变，提高了热氧化生长层TGO的高温稳定性；同时，Al-Si中间层中Si元素与合金中难熔强化元素Mo形成Mo-Si相，有效阻止了Mo元素外扩散进入NiAlHf外层，提高了氧化膜的黏附性；此外，Mo-Si相能够阻止NiAlHf涂层中Al元素内扩散，延缓了涂层组织退化，减少了界面处有害TCP相析出。