中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

    NiCoCrAlYTa合金具有耐氧化、耐腐蚀和优良的机械性能等一系列优异的特性，在表面防护领域的应用前景十分广阔。本文采用超音速火焰喷涂技术制备了NiCoCrAlYTa涂层，考察了热喷涂过程对涂层的显微组织和相组成的影响，研究了其抗高温氧化和抗热腐蚀性能，并对其热腐蚀机理进行分析，评价了不同环境下涂层的腐蚀磨损性能并对其交互作用进行考察，研究了组织结构的变化对涂层抗气蚀性能的影响。研究工作取得了一些有价值的成果，拓宽了该涂层的使用范围，为其工程化应用提供了技术和理论支持。主要研究结果如下：

     1.采用超音速火焰喷涂技术制备了NiCoCrAlYTa涂层，考察了涂层的组织结构以及在1000 ℃下的抗高温氧化性能。结果表明：制备的涂层主要包含γ’-Ni₃Al、γ-Ni、β-NiAl以及少量的氧化铝，涂层结构致密，孔隙率低；涂层在氧化后生成的一层以α-Al₂O₃为主要成分的致密的氧化层有效地阻挡了氧的渗入，从而显示出比基底更好的抗高温氧化性能。

    2.系统研究了涂层在V₂O₅和Na₂SO₄熔盐中的抗热腐蚀性能，继而考察了涂层在热腐蚀之后的力学性能。研究结果表明：涂层经熔盐腐蚀后无明显剥落及裂纹，显示出良好的抗热腐蚀性能，这是由于在腐蚀层和基体涂层间生成了一层致密的Al₂O₃层的缘故；硬质相Cr₂O₃和Al₂O₃，高强度的晶间化合物Ni₃V以及Laves相Cr₂Ta的生成使得涂层腐蚀后的硬度和弹性模量增加，但腐蚀产物的疏松结构导致了接触刚度的下降。

    3.研究了涂层在干摩擦、去离子水、盐酸溶液和氢氧化钠溶液中的摩擦学性能，并对涂层在酸碱溶液中的摩擦学机理进行研究。结果表明：该涂层在酸、碱介质中由于金属的钝化作用产生的Ta₂O₅、Al₂O₃和Cr₂O₃等氧化物提高了涂层的承载能力，所以涂层在酸、碱介质中显示出良好的抗磨损性能；尤其是在盐酸溶液中，由于Al(OH)₃的形成阻挡了摩擦副的直接接触，且Al(OH)₃本身具有一定的润滑作用，从而使得涂层显示出最低的摩擦系数和磨损率。

    4.对涂层在人工海水中的腐蚀磨损性能进行了研究，分析并计算了腐蚀磨损过程中的交互作用。研究结果表明：涂层的交互机制随着载荷的变化而变化：低载荷下，腐蚀对磨损的促进程度较大，所以材料的损失主要来源于机械磨损；高载荷下，由磨损引起的腐蚀导致的材料损失量逐渐增加，所以材料的损失不只来源于磨损，腐蚀也起到了很大的作用，这是由于高载荷下纳米晶结构的生成提高了涂层的耐磨损能力，但是也加快了涂层的腐蚀进程。

    5.研究了海水全浸泡腐蚀试验对涂层显微组织的影响；考察了喷涂态涂层以及全浸泡腐蚀后的涂层在人工海水中的抗气蚀性能。结果表明：与喷涂态涂层相比，经过浸泡腐蚀后的涂层显示出较差的抗气蚀性能，这是由于浸泡腐蚀后，涂层的表面生成了较多的腐蚀坑所致。

     6.研究了不同热处理温度对涂层的相组成、显微组织、力学性能和气蚀性能的影响。研究表明：涂层的致密度会随着温度的升高而升高，但是力学性能呈现出相反的趋势；退火处理后的涂层都显示出比喷涂态涂层更好的抗气蚀性能，且在800 ℃退火处理后，匹配的强度与韧性、表面产生的致密的氧化膜以及致密的结构使得该涂层表现出最优异的抗气蚀性能。