广东省科学院新材料所联合中南大学在MCrAlY涂层失效机制研究领域取得重要进展

MCrAlY高温防护涂层具有优良的抗氧化及抗热腐蚀性能，已作为高温合金的包覆涂层和热障涂层体系（Thermal barrier coatings, TBCs）中的粘结层，广泛应用于航空航天领域，旨在减缓高温环境下氧气等腐蚀介质对叶片材料的侵蚀，从而延长叶片的服役寿命。

广东省科学院新材料所真空镀膜研究室一直致力于MCrAlY涂层的应用及失效机制研究，以电弧离子镀制备技术为基础，先后制备了NiCrAlY、NiCrAlYSi、NiCoCrAlYTa、NiAlHf等抗高温氧化涂层，并发表了多篇SCI学术文章。MCrAlY涂层的服役寿命和可靠性与其氧化行为密切相关，氧化层的生长与微观结构演变已成为造成MCrAlY涂层过早失效的主要原因之一。针对这一问题，广东省科学院新材料所代明江教授和中南大学邹俭鹏教授课题组联合培养博士生杨洪志对NiCoCrAlYTa涂层的失效行为开展了深入的研究。采用氧同位素示踪实验并结合二次离子质谱仪（SIMS）分析发现，金属离子（Al3+，Ni2+，Co2+，Cr3+）的外扩散过程是氧化层生长的主要控制机制。由于氧化层中具有较高生长速率的非保护性氧化物（如尖晶石，氧化镍等）的存在所造成的裂纹、孔隙等缺陷，使得氧的内扩散过程进一步加剧。同时采用光激发荧光压电光谱对氧化层生长过程中的生长应力进行了研究，并结合理论计算对其进行了有效地预测。通过对涂层失效机制的研究，为进一步优化涂层性能和成分设计，开发下一代耐更高温度防护涂层奠定了丰富的实验和理论基础。

相关的研究成果已经发表在Corrosion Science（一区/IF6.479）、Surface Engineering （二区/IF2.433）。该研究工作得到国防基础加强、广东省自然科学基金、广东省科学院科技发展专项等项目支持。

相关链接：

[1] https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108889

[2] https://doi.org/10.1080/02670844.2020.1816133

NiCoCrAlYTa涂层二次氧化曲线及氧（16O/18O）含量分布曲线

NiCoCrAlYTa涂层氧化过程中氧化层应力值与理论计算值

撰稿：杨洪志