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针对钼基合金高温氧化易生成易挥发 MoO?导致耐热性不足的问题，研究人员开展 TZM 钼合金在含氯环境中渗硅及硼硅共渗研究，发现渗层含 MoSi?、MoB 等相，硼硅共渗层厚 100-120μm，硅渗层抗氧化性更优，为高温防护提供思路。
在航空航天与高端制造领域，钼基合金因耐高温特性被广泛应用，但其在高温空气中易生成易挥发的 MoO?（三氧化钼），导致材料快速氧化失效，尤其在 1200°C 以上高温环境中，耐热性不足成为制约其应用的关键瓶颈。为突破这一难题，拓展钼合金在极端工况下的使用边界，德国等研究机构的科研团队聚焦表面涂层防护技术，开展了含氯环境中扩散渗硅及硼硅共渗对 TZM 钼合金（含 Mo、Ti、Zr、C 的钼基合金）组织与性能影响的系统性研究。该研究成果发表于《Applied Surface Science Advances》，为解决高温合金氧化防护问题提供了新路径。
研究人员采用粉末接触法，以 NH?Cl 为含氯活化剂，在 1150°C 下对 TZM 钼合金分别进行单组分渗硅和硼硅共渗处理。通过热力学计算预测涂层相组成，并结合 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDX）及显微硬度测试等技术，分析涂层的微观结构、元素分布及力学性能，同时通过高温氧化实验评估涂层的耐热防护效果。
3. 结果
3.1 热力学计算与涂层相组成
计算表明，单组分渗硅体系中气相生成 SiCl?、MoCl?等氯化物，冷凝相以 MoSi?（二硅化钼）、Mo?Si?（五硅化三钼）为主；硼硅共渗体系中新增 BCl?气相，冷凝相出现 MoB（硼化钼），且 MoSi?含量提升至 59.8%。实验测得单渗硅涂层厚 50-63μm，由 MoSi?外层和 Mo?Si?内层组成；硼硅共渗涂层厚 100-120μm，包含 MoSi?表层、Mo?Si?过渡层及 MoB 基底层，后者因硼的引入形成复杂氧化膜（SiO??B?O?）。
3.2 涂层微观结构与力学性能
单渗硅涂层存在非贯穿裂纹，显微硬度为 17.4-19.9GPa，外层因氮、钛等元素固溶硬度较高；硼硅共渗涂层出现径向贯穿裂纹（间隔 100-200μm），显微硬度达 17.5-22.0GPa，MoB 相的存在显著提升了表层硬度。元素分布显示，硼硅共渗层中 Ti、Zr 形成 (TiZr) B?，碳与钛结合生成 TiC，进一步强化涂层结构。
3.3 高温抗氧化性能
在 800°C 空气环境中，未涂层 TZM 合金 1 小时内即开始氧化，6 小时完全蒸发；单渗硅涂层样品 48 小时内质量变化仅 0.0249g，腐蚀抑制系数达 5652 倍，表面形成连续 SiO?膜抑制氧化；硼硅共渗涂层初期防护效率 95.7%，但因裂纹导致后期氧化加速，整体性能弱于单渗硅涂层。
4. 结论与讨论
本研究通过热力学计算与实验验证，揭示了含氯环境中渗硅及硼硅共渗对 TZM 钼合金的防护机制。单组分渗硅形成的 MoSi?基涂层凭借高致密度和稳定 SiO?膜，展现出优异的抗氧化性能，而硼硅共渗虽通过 MoB 相提升了涂层厚度与初期硬度，但贯穿裂纹的存在限制了其长期防护效果。研究结果表明，涂层的防护性能主要取决于相组成与结构完整性，而非单纯厚度。未来可通过引入预陶瓷涂层填充裂纹，进一步优化硼硅共渗层的可靠性。该研究为高温合金表面工程提供了理论依据，对开发长寿命、高可靠性的航空航天用钼基构件具有重要指导意义。
