提高NiCoCrAlTaY涂层的热强度和抗氧化性能：通过激光粉末床熔融技术实现微观结构调控的方法

《Materials Advances》：Enhancing the strength and oxidation resistance of NiCoCrAlTaY bond coat: A microstructure - Regulation approach via laser powder bed fusion

热端部件粘结层合金研究：激光粉末床熔融（LPBF）制备的NiCoCrAlTaY合金通过微熔池快速凝固形成细密结构，细胞壁区元素富集及亚稳相促进β相沉淀，热处理后γ’相粒子（含Y簇核）生成并消除残余应力，β相均匀分布于基体，显著提升拉伸强度（室温及高温）和抗氧化性。等离子喷涂（APS）样品因Al?O?带状结构导致铝耗尽，阻碍Al/O扩散，形成δ相降解TGO性能。LPBF合金通过细分散β相提供充足铝源，形成致密Al?O?层，增强TGO耐久性。研究表明LPBF制备的粘结层合金在微观结构和性能上更具优势，适用于热端部件。

　　

丁代|邱宇文|丁辉|王伟钊|于海源|郭宇伟|刘西和|刘伟

东南大学材料科学与工程学院，江苏先进金属材料重点实验室，孟加拉国

摘要

在燃气轮机中，提高燃烧温度可以提升效率，但这需要使用更先进的高温端材料。带有冷却系统的热障涂层（TBCs）至关重要，其中粘结层在抗氧化性和附着力方面起着关键作用。本研究采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备了Ni23Co20Cr8.5Al4Ta0.6Y粘结层合金，并将其与空气等离子喷涂（APS）制备的样品进行了对比，分析了其微观结构演变和高温性能。结果表明，LPBF制备的合金具有更优异的拉伸强度（室温/高温）和抗氧化性能。LPBF工艺中微熔池的快速熔化和凝固形成了细小致密的微观结构，晶胞壁元素的富集以及亚稳态结构为β相析出提供了核化位点。在热处理过程中，生成了大量含有Y簇核的γ’相颗粒，同时消除了残余应力。晶胞壁中的亚稳态相转变为β相，大量的γ’相在β-γ相界处析出。在后续的热处理过程中，β相在晶胞壁区域 nucleates 并生长，均匀分布在基体中。相比之下，APS工艺形成的Al?O?呈带状分布，会消耗基体中的铝元素并阻碍Al/O元素的扩散，从而导致形成的尖晶石相降低热生长氧化层（TGO）的性能。LPBF制备的细小分散的β相为致密的Al?O?薄膜的形成提供了充足的铝元素，提高了TGO的耐久性。研究表明，LPBF技术有望使NiCoCrAlTaY合金获得更有利于增强强度和抗氧化性的微观结构，可应用于高温端部件粘结层的制备。