电弧离子镀Ni-Al/Ce改性涂层提升镍基高温合金抗氧化性能的机理研究

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本文系统探讨了通过电弧离子镀（AIP）技术在镍基高温合金表面预沉积Ni-Al/Ce改性层对β-NiAl扩散涂层微观结构和抗氧化性能的优化作用。研究表明，该改性层可显著抑制互扩散区（IDZ）厚度和拓扑密堆（TCP）相形成，促进α-Al2O3氧化膜粘附性，为极端环境下的高温防护涂层设计提供新策略。

　　

亮点

电弧离子镀（AIP）诱导的Ni-Al中间层可显著减薄互扩散区（IDZ），抑制脆性拓扑密堆（TCP）相形成，并促进更厚的β-NiAl粘结层生长。此外，Ni-Al/Ni-Al-Ce改性降低了（110）晶面的取向偏好，转而促进（100）和（200）取向。这种改性还提高了Σ3共格晶界（CSL）和大角度晶界（HAGBs）比例，同时显著降低晶粒取向扩展（GOS）和晶粒参考取向偏差（GROD），共同助力减少氧化膜剥落。改性涂层在1100°C的100小时循环氧化测试中表现出优异的抗剥落性。特别地，Ni-Al改性中Ce的掺杂会在IDZ/β-NiAl界面形成富Ce相，抑制元素扩散并进一步提升氧化膜附着力。

样品渗铝前的微观结构特征

图2展示了通过AIP沉积的Ni-Al/Ni-Al-Ce层截面SEM图像。图（a）和（c）呈现了退火前（沉积态）涂层，显示出致密、完整的层状结构，几乎无孔隙，平均厚度约20微米，与热喷涂涂层相当。涂层/基底界面处未见明显分离。

结论

通过AIP方法在渗铝前引入Ni-Al层并掺杂Ce，成功开发出Ni-Al/Ce改性涂层。主要发现包括：1）改性涂层晶粒更细、晶界更多，结构性能提升；2）与简单铝化物涂层相比，Ni-Al/Ce涂层的β-NiAl粘结层更厚，互扩散区更薄；3）循环氧化后，改性涂层表现出更优的氧化膜附着性和更少的剥落。