热障涂层作为先进的隔热陶瓷涂层极大地提升了航空发动机的工作温度,进而提高了发动机的性能与热效率。但是热障涂层在高温服役过程中,苛刻的工作环境可致其发生氧化、冲蚀、腐蚀及粘结层与基底间元素互扩散等失效问题,最终促使涂层剥落。其中,粘结层与基底间的元素互扩散会导致界面处形成柯肯达尔孔洞与互扩散区,基底生成的拓扑密堆相会诱发产生二次反应区,从而造成界面及基底力学性能的下降。但是当前对于热障涂层粘结层与基底的元素互扩散研究并不透彻,因此本文在材料热力学与动力学的基础上利用相场理论建立了粘结层与基底间的元素互扩散模型模拟元素的扩散,同时采用微观结构表征手段开展了粘结层与基底元素互扩散的实验研究。本文的主要研究内容如下:(1)根据CALPHAD相图热力学计算了Ni-Al-Cr三元合金中γ相与β相的吉布斯自由能及其在1100oC下的等温截面相图,进一步,根据等温相图与粘结层和基底的初始成分确立了相结构的初始扩散偶。基于原子动力学理论计算了γ相与β相中各元素的原子迁移率,并将其转化为了相场模型中的化学迁移率,为元素互扩散的相场理论分析提供了参数。(2)从相图热力学与原子动力学出发,利用相场理论建立了热障涂层粘结层与基底的元素互扩散模型,根据相关文献选取了模型参数,推得元素扩散以及相演化的控制方程,从而得到了Al,Cr元素在1100oC下随时间的分布规律及微观相结构的演变规律。模拟结果表明Al和Cr元素均从粘结层扩散至基底,Al元素含量变化不如Cr元素明显,且随着扩散时间延长,元素扩散速率在逐渐降低,此外,粘结层由于Al元素含量的减少而导致发生了β→γ相变。(3)开展了热障涂层NiCrAlY粘结层与DD6高温单晶基底间元素互扩散的实验研究。通过SEM、DES和XRD等微观表征手段研究了不同扩散时间下元素的分布规律及粘结层和基底的微观结构演变。实验结果表明试Al和Cr元素均从粘结层扩散至基底,并在粘结层与基底界面形成互扩散区,且伴有大量的拓扑密堆相生成,拓扑密堆相与基质相共同形成了二次反应区。