熱障涂層NiAl黏結層摻雜改性研究現狀*

董 會，王鶴嶼，周攀虎，杜永祺

（西安石油大學材料科學與工程學院西安市高性能油氣田材料重點實驗室，西安 710065）

1 NiAl黏結層介紹

NiAl是金屬間化合物，化學鍵介于共價鍵和金屬鍵之間，性能也處于陶瓷材料和金屬材料之間。NiAl中Ni原子和Al原子比例為1∶1，NiAl主要由β-NiAl組成。與傳統的MCrAlX（M∶Ni或Co，X∶Re）相比，NiAl的熱導率（92W/（m·K））遠高于MCrAlX[8]。更高的熱導率可以獲得更快的冷卻速率，并且NiAl的熱膨脹系數低于MCrAlX，即發生熱膨脹系數失配導致的涂層脫落現象的概率更小。

其中，Ni元素主要提供了高溫強度并降低熱應力[9]。Al元素為抗氧化和抗腐蝕起到了重要作用，在涂層高溫氧化過程中，Al元素會在黏結層和陶瓷層間生成氧化物，再轉化成為一層連續且致密的α-Al2O3氧化層，能夠提供保護以防止進一步氧化[10-11]。但NiAl與生成的氧化層黏附性很差，在長時間高溫服役中會過早出現脫落失效的現象。NiAl黏結層和氧化層的黏附性差是導致NiAl涂層實用性差的主要原因。此外，制備NiAl涂層過程中，黏結層和基體的互擴散行為會導致基體側出現互擴散區（Inter diffusion zone，IDZ）和二次反應區（Secondary reaction zone，SRZ）。熱循環后Al含量下降導致貧鋁區的出現，從而生成γ′相，最終演化成兩相涂層而發生形變[12]。因此，為了改善NiAl的使用性能，使黏結層與氧化層黏附性增強，需要摻雜合金元素改變NiAl的組分以獲得更好的性能。對于NiAl黏結層，需要得到改進的重點有如下4點：（1）增加氧化層的黏附性；（2）改變氧化層的生長機制，降低生長速率；（3）抑制有害元素（如S和C）；（4）減少互擴散行為和二次反應。……