MCrAlY涂层和铝化物涂层是最常用的高温合金独立高温防护涂层，也用作热障涂层的粘结层，其热生长氧化膜开裂剥落和涂层/基体互扩散是影响涂层寿命的两大重要因素。引起氧化膜开裂剥落的重要因素之一是涂层热膨胀系数比氧化膜高60%-100%，使冷却过程产生的热应力超过了氧化膜抗压强度。涂层/基体互扩散不仅降低寿命，而且可导致基体的疲劳和持久性能严重下降。

 在973项目（编号2012CB625100）资助下，高温腐蚀与防护研究方向开展了低热膨胀率纳米金属陶瓷涂层研究，近期取得重要进展，部分研究结果已发表在CORROSION SCIENCE 2012, 60: 265; APPLIED SURFACE SCIENCE DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.12.012上。该涂层具有优异抗高温氧化和热腐蚀性能，是传统高温涂层的有力挑战者。
 

 

K417基体

 

316不锈钢　　　　　　　　　　　
　　1000℃空气氧化100h的涂层截面

 

图为涂覆该涂层的K417高温合金和316不锈钢试样经1000℃空气氧化100h后的截面照片。该涂层热膨胀系数比MCrAlY低1/3左右，比氧化铝、氧化铬和氧化钇稳定氧化锆（YSZ）分别高50%、20%和20%左右，因此热生长氧化膜及YSZ在冷热循环过程中承受的热应力极小，使氧化膜和YSZ具有绝佳的抗开裂和剥落性能。再加上可消除涂层/基体互扩散特性，1100℃氧化寿命比传统MCrAlY涂层提高3倍以上，而成本与传统的多弧离子镀方法无异。该涂层采用已申请专利保护的单一合金靶反应多弧离子镀技术，巧妙利用了有些金属不形成氮化物的特性，可利用一个合金靶制备出金属/氮化物复合纳米涂层，其氮化物和金属的体积比约为1:1，晶粒度约为30nm。