摘 要
本文采用磁控溅射-电泳沉积复合技术在 GH3128 高温合金基底表面制备双层结构 NiCoCrAlY/YSZ 纳米热障涂层。研究了磁控溅射 NiCoCrAlY 粘结层在大气环境和低真空环境下不同温度(500℃、700℃、900℃、1100℃)预氧化热处理对热障涂层高温氧化和热腐蚀寿命的影响。重点考察了预氧化热处理 40min 后所形成的氧化膜相组成、组织形貌、显微硬度、弹性模量状况，以及氧化膜组织和力学性能差异对热障涂层高温氧化、热腐蚀寿命影响等。结果表明基底和磁控溅射粘结层的相组成为 γ-Ni，组织均匀、致密，电泳沉积陶瓷层相组成为 t 型 ZrO2，组织存在少量微米级孔洞。
粘结层在大气环境下不同温度预氧化热处理后，表面所形成的氧化膜相组成为-Al2O3, Cr2O3, NiO 和(Co,Ni)(Al,Cr)2O4，不同温度下形成的氧化膜最表层形貌存在一定区别。氧化膜的分布有一定的层次性，先形成的致密氧化物排列在粘结层次表层，后形成的氧化物排列在粘结层最外层。受分布层次影响，氧化膜显微硬度和弹性模量随着压痕深度变化呈现出先增大后减小趋势。在热障涂层高温氧化、热腐蚀性能方面，预氧化热处理后的热障涂层的氧化质量增重降低，抗热腐蚀寿命延长。
粘结层在低真空环境下不同温度预氧化热处理后，表面形成的氧化膜相组成为-Al2O3和 NiCr2O4，受氧气浓度限制，热处理后主要的氧化物为-Al2O3。但各种温度下制备的氧化膜表面组织并不一致，其中 900℃热处理氧化膜最为致密、均匀，其余温度形成氧化膜的最表层较疏松。受分布影响，均匀氧化膜显微硬度随压痕载荷基本不变，而非均匀氧化膜显微硬度随压痕载荷增大呈现较大幅度变化。
不同气压环境相比，低真空预氧化热处理更能改善热障涂层的高温氧化和热腐蚀性能。尤其是在 900℃温度下预氧化热处理，效果最为显著。其主要原因与氧化膜均匀性相关，受氧气浓度限制，低真空下氧化膜相组成主要为-Al2O3。致密的-Al2O3既可以避免出现新旧氧化物热膨胀系数不匹配缺陷又可以降低粘结层和陶瓷层间氧分压值，从而更好地延缓热障涂层服役寿命。
关键词：磁控溅射，电泳沉积，热障涂层，预氧化热处理，氧分压
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