TiAl基合金高温防护及热障涂层体系研究进展

张业飞1，江海涛1，田世伟1，2，张思远１，李冲２ （１.北京科技大学高效轧制与智能制造国家工程研究中心;２.洛阳船舶材料研究所）

摘要：TiAl基合金以其低密度、高比强度、耐烧蚀、良好的高温力学性能等优点成为新型轻质高温结构候选材料，自20世纪70年代以来备受关注。随着各种强韧化措施的研究不断深入，TiAl基合金的室温脆性问题逐步得到了解决。TiAl基合金成功应用于航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼、汽车排气阀等。然而，TiAl基合金高温抗氧化性能不足，限制了其作为高温零部件的应用。目前，主要通过整体合金化以及表面改性两种方式来改善TiAl基合金的高温抗氧化性能。整体合金化是在合金中添加Nb、Si、Mo、W、稀土等合金元素，促使合金表面形成致密的氧化层并提高氧化层与基体的结合力；表面改性主要包括表面合金化和表面涂层两种途径，表面合金化技术一般采用热扩散、离子注入、预氧化、激光表面合金化等方法，表面涂层技术是利用不同种类的涂层改善基体的表面性能，例如Ti-Al-X体系涂层、MCrAlY热障涂层、陶瓷涂层、复合涂层。热障涂层，作为一种表面改性中的涂层材料，具有优异的抗氧化性能以及长期服役性能。当应用于TiAl基合金表面时，热障涂层能够有效提升合金的高温抗氧化性能。但两者结合也存在如下问题，热生长氧化物的过度生长导致界面失效，以及涂层与基体元素互扩散严重，导致热障涂层/TiAl合金体系长期服役性能减弱。本文归纳并分析了TiAl基合金的高温氧化行为，分别从整体合金化以及表面改性两个方面综述了TiAl基合金高温防护的影响因素和作用机理，分析了热障涂层应用在TiAl合金表面所面临的问题并提出了改进方案，以期为提高TiAl基合金的抗高温氧化性能及发展热障涂层/TiAl合金体系提供参考。

关键词：TiAl基合金；热障涂层；抗氧化性能；整体合金化；表面改性