先進鋁化物涂層制備技術進展

沈明禮，朱圣龍

（中國科學院金屬研究所，沈陽 110016）

沈明禮

中國科學院金屬研究所副研究員，主要從事新型高溫防護涂層研究。

鋁化物涂層作為具備氧化鋁膜形成能力的一種典型涂層，是航空發動機熱端部件高溫氧化防護的主要手段之一。航空發動機熱端部件如渦輪葉片等主要為鎳基高溫合金，因此，本文所述鋁化物主要為鎳鋁金屬間化合物。鎳鋁金屬間化合物存在多種物相，如NiAl3、δ-Ni2Al3、β-NiAl和γ’-Ni3Al相等，其中β-NiAl相因其較高的熔點、韌性、相穩定性以及優異的氧化鋁膜形成能力，通常是構成鎳鋁化合物涂層的主要物相。鋁化物涂層主要借助于熱擴散方式，通過合理控制活性鋁源的供給以及擴散溫度，最終在鎳基高溫合金表面獲得β-NiAl涂層（厚度一般小于100μm），并在β-NiAl與基體間形成數微米厚的互擴散區，涂層與基體間為冶金結合。其中活性鋁源的供給方式，包括化學氣相和物理氣相方法，對涂層性能具有重要影響，是獲得高性能鋁化物涂層的關鍵技術之一。元素摻雜對鋁化物涂層抗高溫氧化性能具有重要影響。稀土活性元素等有益元素摻雜能夠顯著改善熱生長氧化鋁膜的粘附性，提高涂層抗高溫氧化性能；而硫、氫等有害元素摻雜可顯著降低氧化鋁膜粘附性，惡化涂層抗高溫氧化性能。研究表明，稀土活性元素摻雜改性鋁化物涂層是1000℃以上高溫長壽命抗氧化防護的主要候選涂層之一[1-2]。鋁化物涂層的傳統制備方法，主要以化學氣相反應產生活性鋁源，并依賴于高溫熱擴散形成鋁化物涂層，存在問題包括：涂層制備效率低，高化學反應活性的稀土元素難以有效可控的摻雜入涂層，難以避免來自反應助劑的多種有害元素摻入所導致的涂層性能惡化。……