激光改性协同铝膜沉积增强NiCoCrAlY涂层抗氧化性能的机制研究

本文通过大气等离子喷涂(APS)制备NiCoCrAlY涂层，结合激光重熔和铝膜沉积(1?μm)技术，系统研究了950?°C下改性涂层(Modified)与铝膜改性涂层(Modified-Al)的氧化行为。研究发现激光处理虽能通过高密度位错和晶粒细化促进原子扩散，但铝损耗会导致早期混合氧化物(Al2O3、Cr2O3和NiO)形成；而铝膜沉积可形成连续致密的Al2O3保护层，使200?h后氧化层厚度降低50%，为设计高抗氧化涂层提供了新思路。

　　

Highlight

激光改性虽能通过表面粗糙度调控和微观结构优化提升NiCoCrAlY涂层的抗氧化性，但加工过程中的铝损耗问题始终制约其性能。本研究创新性地采用激光重熔联合铝膜沉积(1?μm)技术，在950?°C下对比分析了改性涂层与铝膜改性涂层的氧化行为差异。

关键发现

1. 1.

   激光改性涂层(Modified)虽形成高密度位错和纳米晶粒(促进Al扩散)，但铝损耗导致早期生成混合氧化物(Al₂O₃+Cr₂O₃+NiO)，后期更因Cr₂O₃热稳定性差引发热生长氧化物(TGO)双层结构开裂。

2. 2.

   铝膜改性涂层(Modified-Al)全程生成致密连续的Al₂O₃保护层，200小时氧化后厚度仅为改性涂层的50%，展现出"自修复装甲"特性。

机制探讨

• 热力学计算证实：当表面铝活度>0.8(950?°C时)，α-Al₂O₃形成能比Cr₂O₃低180-230?kJ/mol

• 铝含量>10?wt%时，α-Al₂O₃吉布斯自由能优势达150-200?kJ/mol

• 通过磁控溅射精准控制的1?μm铝膜，既避免脆化又实现长效防护

结论

该研究为航空航天发动机热端部件防护涂层设计提供了"激光纳米化+铝补给"的创新方案，突破传统改性技术铝损耗的瓶颈，使TGO生长速率降低73.2%。