激光熔覆抗氧化涂层及其性能的研究
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摘要
本文采用激光熔覆的方法在 TiAl 金属间化合物基体上沉积耐高温涂
层，分别选取 NiCoCrAlY、NiCoCrAlY+5%Al2O3 以及 NiCoCrAlY+20%Al
进行熔覆。并且用金相、显微硬度、 X－射线衍射（ XRD）、扫描电镜
（ SEM）和能谱（EDX）等分析手段，分别研究了涂层的组织结构及高温
氧化行为。
工艺实验结果表明，用一定量的硝酸纤维素和 MCrAlY 合金粉末混合
后，用丙酮调成糊状，涂覆于基材表面的方法，在后续的激光熔覆中能形成
高质量的 McrAlY 抗氧化涂层。激光熔覆工艺参数为 900W 的输出功率和
350mm/min 的扫描速度是实验优选的最佳工艺参数。
氧化实验结果表明，在 1000℃条件下氧化 100 小时后，NiCoCrAlY 和
NiCoCrAlY+5%Al2O3 涂层表面形成了 TiO2、Al2O3 等的复合氧化膜，主要
是 TiO2。而 NiCoCrAlY+20%Al 涂层表面的氧化膜则主要是 Al2O3膜。
氧 化 动 力 学 曲 线 表 明 ， 抗 氧 化 性 从 优 到 劣 的 次 序 是
NiCoCrAlY+20%Al、NiCoCrAlY+5%Al2O3、NiCoCrAlY。分析表明，Al 的
添加一方面使得晶粒细化，另一方面阻碍其它离子扩散。同时增加了涂层中
对抗氧化起作用的 Al 离子储备。有利于形成比较致密的 Al2O3 膜，增强涂
层抗氧化性。
A Laser cladding deposition technique was performed to make (NiCoCrAlY)
coating. This coat is expected to work as a High-temperature resist for TiAl
intermetallic substrate. Metallographic analysis, microhardness, SEM, XRD were
used to find the appropriate Laser cladding parameters (power and scan velocity),
the deposit morphology and the oxidation behavior of the coat.
Study showed that a mixture of Pyroxylin and alloy powder and acetone，
which was deposited on the substrate, can help to form a high performance
coating. About Laser cladding parameters, 900W in power and 350mm/min in
velocity are relatively good.
After 100 hours oxidation experiment at 1000℃，a mixed TiO2、Al2O3
layer was formed at the top of (NiCoCrAlY) coating and (NiCoCrAlY+5%Al2O3)
coating. However the layer on top of (NiCoCrAlY+20%Al) coating was mainly
Al2O3.
The results of high temperature oxidation tests in air at 1000℃showed that
the oxidation resistance of the laser cladding (NiCoCrAlY+20%Al) was
significantly higher than that of (NiCoCrAlY+5%Al2O3) and (NiCoCrAlY)
coatings. Analysis tells that to add Aluminum in the powder can help to form a
high quality coating. The mechanisms of Al to improve oxidation resistance were
Discussed. Al can fine the grain size of cladding coatings and hinder the
diffusion of other ions. It can also increase the content of Al3+ in the coating.
Which all ensure to form a high density Al2O3 layer on the substrate and to
promote its oxidation resistance.
层，分别选取 NiCoCrAlY、NiCoCrAlY+5%Al2O3 以及 NiCoCrAlY+20%Al
进行熔覆。并且用金相、显微硬度、 X－射线衍射（ XRD）、扫描电镜
（ SEM）和能谱（EDX）等分析手段，分别研究了涂层的组织结构及高温
氧化行为。
工艺实验结果表明，用一定量的硝酸纤维素和 MCrAlY 合金粉末混合
后，用丙酮调成糊状，涂覆于基材表面的方法，在后续的激光熔覆中能形成
高质量的 McrAlY 抗氧化涂层。激光熔覆工艺参数为 900W 的输出功率和
350mm/min 的扫描速度是实验优选的最佳工艺参数。
氧化实验结果表明，在 1000℃条件下氧化 100 小时后，NiCoCrAlY 和
NiCoCrAlY+5%Al2O3 涂层表面形成了 TiO2、Al2O3 等的复合氧化膜，主要
是 TiO2。而 NiCoCrAlY+20%Al 涂层表面的氧化膜则主要是 Al2O3膜。
氧 化 动 力 学 曲 线 表 明 ， 抗 氧 化 性 从 优 到 劣 的 次 序 是
NiCoCrAlY+20%Al、NiCoCrAlY+5%Al2O3、NiCoCrAlY。分析表明，Al 的
添加一方面使得晶粒细化，另一方面阻碍其它离子扩散。同时增加了涂层中
对抗氧化起作用的 Al 离子储备。有利于形成比较致密的 Al2O3 膜，增强涂
层抗氧化性。
A Laser cladding deposition technique was performed to make (NiCoCrAlY)
coating. This coat is expected to work as a High-temperature resist for TiAl
intermetallic substrate. Metallographic analysis, microhardness, SEM, XRD were
used to find the appropriate Laser cladding parameters (power and scan velocity),
the deposit morphology and the oxidation behavior of the coat.
Study showed that a mixture of Pyroxylin and alloy powder and acetone，
which was deposited on the substrate, can help to form a high performance
coating. About Laser cladding parameters, 900W in power and 350mm/min in
velocity are relatively good.
After 100 hours oxidation experiment at 1000℃，a mixed TiO2、Al2O3
layer was formed at the top of (NiCoCrAlY) coating and (NiCoCrAlY+5%Al2O3)
coating. However the layer on top of (NiCoCrAlY+20%Al) coating was mainly
Al2O3.
The results of high temperature oxidation tests in air at 1000℃showed that
the oxidation resistance of the laser cladding (NiCoCrAlY+20%Al) was
significantly higher than that of (NiCoCrAlY+5%Al2O3) and (NiCoCrAlY)
coatings. Analysis tells that to add Aluminum in the powder can help to form a
high quality coating. The mechanisms of Al to improve oxidation resistance were
Discussed. Al can fine the grain size of cladding coatings and hinder the
diffusion of other ions. It can also increase the content of Al3+ in the coating.
Which all ensure to form a high density Al2O3 layer on the substrate and to
promote its oxidation resistance.
引文
1 朱日彰，何业东等. 高温腐蚀及耐高温腐蚀材料. 上海:上海科技出版社，1985.
2 李铁藩. 21世纪高温氧化的发展方向. 腐蚀与防护，2000，33(1)：12-15.
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8 关山，张琦等.TiAl系金属间化合物的抗高温氧化技术.腐蚀与防护，2000，21(6)：
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9 唐兆麟，王福会等. TiAlCr涂层对TiAl金属间化合物抗高温氧化性能的影响.中国腐蚀
与防护学报，1998，18(1)：35-39.
10 施幸华，张荻等.热轧态TiAl金属间化合物超塑性研究.材料科学与工程，1998，
16(1)：24-27.
11 霍晓，张建苏等.NiCrAlYSi包覆型涂层发动机试车“黑斑”的分析.材料工程，
1999，(4): 16-19.
12 纪艳玲，张建苏等. Ni3Al(IC-6)合金防护涂层抗氧化性能研究.材料科学与工程，
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13 李文，钟声等.Ti3Al氧化行为的电子理论研究.腐蚀科学与防护技术，1998，10(5)：
299~308.
14 高唯，刘振宇等.溅射NiCrAl微晶涂层的氧化行为.腐蚀科学与防护技术，1998，10
（4）：192-196.
15 王伊卿，方其先等.热障涂层（TBCs）的高温氧化及熔盐腐蚀性能的研究.腐蚀科学
-49-
北京工业大学工学硕士学位论文
与防护技术，1998，10(1)：6-10.
16 唐兆麟，王福会，等.MCrAlY涂层对TiAl金属间化合物抗高温氧化性能的影响.中国
腐蚀与防护学报，1997，17（2）：116-120.
17 李恒德等.材料科学与工程国际前沿.济南:山东科学技术出版社,2002.
18 胡传顺，王福会等.热障涂层研究进展.腐蚀科学与防护技术，2000，12(3)：160-163.
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-50-
参考文献
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