AlCoCrFeNiZr高熵合金涂层在1000-1100℃下的高温抗氧化性能评估及其航空应用潜力

为解决航空高温部件氧化损伤问题，研究人员采用粉末冶金法制备AlCoCrFeNiZr高熵合金(HEA)，结合HVOF/APS技术在Inconel 718基体上构建涂层系统。通过1000-1100℃等温氧化实验发现，涂层在1100℃下转变为菱方晶格结构（74%原子占据率），TGO层厚度分别为2.124μm±0.3（1000℃）和2.569μm±0.3（1100℃），展现出优异的抗氧化稳定性，为航空发动机热端部件防护提供新方案。

　　

在航空发动机燃烧室、尾喷管等高温部件中，金属材料长期面临氧化腐蚀、热疲劳等挑战。传统热障涂层存在热膨胀系数失配、稀土元素成本高等瓶颈，而早期高熵合金AlCoCrFeNi在高温下的抗氧化性能不足限制了其应用。为此，研究人员通过添加锆(Zr)元素优化合金体系，探索新型涂层解决方案。

本研究采用机械合金化(MA)技术制备AlCoCrFeNiZr高熵合金粉末，通过高速氧燃料喷涂(HVOF)沉积CoNiCrAlY粘结层，再结合大气等离子喷涂(APS)工艺制备HEA顶层涂层。选用航空领域常用的Inconel 718镍基合金作为基体材料，经喷砂预处理后构建完整涂层系统。研究团队通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)结合能谱(EDS)等分析手段，系统考察了涂层在1000℃和1100℃等温氧化过程中的微观结构演变规律。

Production of substrate and coating powders
研究选用25.4mm×4.5mm的Inconel 718基材，经2-4bar压力喷砂处理后，采用HVOF技术沉积50μm厚的CoNiCrAlY粘结层，再通过APS工艺制备150μm厚的AlCoCrFeNiZr顶层。粉末制备阶段，金属粉末与WC球以400rpm转速球磨10小时，添加油酸溶液防止团聚。

Investigation of as-sprayed and after oxidation microstructure
SEM分析显示APS涂层呈现典型的层状异质结构，存在半熔融颗粒和微孔。氧化实验后，1100℃处理的涂层发生晶格转变，形成原子占据率达74%的菱方结构。元素分布图证实Al₂O₃和Cr₂O₃氧化物的优先形成，其中α-Al₂O₃构成TGO层主要成分。

Conclusion
研究证实AlCoCrFeNiZr-HEA涂层系统在极端温度下具有独特优势：1）100小时氧化后TGO层厚度显著低于传统涂层；2）1100℃下发生的晶格转变未导致涂层开裂；3）Zr元素的加入有效延缓了α-Al₂O₃的消耗进程。该成果为开发低成本、长寿命航空涂层提供了实验依据，特别是解决了传统HEA材料高温抗氧化性不足的痛点。

论文由Okan Odabas等学者完成，发表在《Surface and Coatings Technology》期刊。研究获得高等教育委员会100/2000 YOK博士奖学金支持，标志着土耳其在高熵合金涂层领域取得重要进展。该技术有望应用于发动机燃烧室、涡轮叶片等关键部件，提升航空装备在极端环境下的服役可靠性。