鎳基高溫合金因其具有較好的綜合性能已被廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)和各類燃?xì)廨啓C(jī)的熱端部件。隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展，越來越高的渦輪進(jìn)口溫度要求其葉片材料必須具有更高的抗高溫氧化腐蝕的能力。除了進(jìn)一步提高鎳基合金的高溫性能，一個(gè)更為經(jīng)濟(jì)可行的方法是在鎳基合金表面涂覆防護(hù)涂層。鎳基合金的防護(hù)涂層主要有金屬間化合物涂層、金屬涂層、熱障涂層和表面改性涂層。傳統(tǒng)的金屬間化合物涂層和金屬涂層難以滿足高壓渦輪葉片長(zhǎng)時(shí)間抗高溫氧化的工作要求，使用溫度一般不能超過1100℃。用氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷涂層可降低渦輪葉片表面溫度200℃左右。然而，通過氧化鋯涂層進(jìn)行離子擴(kuò)散和通過涂層孔洞或裂紋擴(kuò)散是傳統(tǒng)熱障涂層運(yùn)輸氧的兩種主要途徑，由此會(huì)導(dǎo)致過渡層和氧化鋯界面的熱生長(zhǎng)氧化膜生長(zhǎng)過快，使得氧化鋯涂層脫落而過早失效。因此，尋找具有更好抗高溫性能的涂層材料，以突破ZrO2的壽命極限顯得非常重要。金屬間化合物二硅化鉬(MoSi2)具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，在1000℃以上具有延展性，為緩解涂層熱應(yīng)力提供了幫助，是一種發(fā)展?jié)摿O大的高溫抗氧化涂層。所以，把MoSi2作為氧化鋯熱障涂層的最外層，有望緩解過渡層與陶瓷層界面處的氧化，提高傳統(tǒng)氧化鋯熱障涂層的高溫抗氧化性能。
我國(guó)湖南科技大學(xué)采用K403 鎳基合金為基體材料，采用等離子噴涂設(shè)備制備涂層，形成K403/NiCoCrAlY/ZrO2/30%ZrO2-MoSi2/MoSi2的結(jié)構(gòu)，獲得了很好的結(jié)果。由于從金屬粘結(jié)層到最外層MoSi2，采用納米ZrO2和30%ZrO2-MoSi2作為過渡層材料，使涂層的熱膨脹系數(shù)逐漸變化，消除了涂層中的成分突變和涂層中的宏觀層間界面以及由此造成的物理性質(zhì)突變，緩解了涂層中的熱應(yīng)力和界面處的應(yīng)力集中，改善了涂層界面的結(jié)合狀況，提高了涂層的結(jié)合強(qiáng)度。該涂層的界面結(jié)合強(qiáng)度為22.5 MPa，MoSi2涂層的自身結(jié)合強(qiáng)度大于涂層界面結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)合機(jī)理以機(jī)械咬合式為主。實(shí)驗(yàn)證明，由于涂層內(nèi)部各個(gè)界面結(jié)合強(qiáng)度較高、界面之間的機(jī)械咬合力較大，故能夠承受較強(qiáng)的交替變換的冷熱載荷能力，復(fù)合涂層的抗熱震性能良好，在1000℃保溫 5min、空淬條件下的抗熱震性能達(dá)34次。另外，MoSi2復(fù)合涂層氧化120 h后MoSi2涂層表面生成了一層致密的 SiO2氧化層，SiO2層下面主要是MoSi2和 Mo5Si3等物質(zhì)。由于高溫下SiO2處于流動(dòng)性較好的狀態(tài)，質(zhì)點(diǎn)的遷移能力增強(qiáng)，表面氧化層內(nèi)部沒有裂紋等缺陷，易形成連續(xù)而致密的保護(hù)膜，能夠阻止空氣中的氧原子對(duì)基體材料的侵入。同時(shí)，玻璃態(tài)的SiO2能夠彌補(bǔ)和填充涂層中的裂紋，具有自愈合功能。這些特點(diǎn)保證了MoSi2涂層具有出色的高溫抗氧化性。試驗(yàn)證明，該復(fù)合涂層在1200℃氧化120h后的質(zhì)量增加僅為3.42 mg/cm2，主要?dú)w因于MoSi2復(fù)合涂層表面在高溫時(shí)所生成的一層致密SiO2保護(hù)膜，阻礙了氧的擴(kuò)散，減輕了過渡層 NiCoCrAlY/ZrO2界面處的氧化。