随着航空涡轮发动机向高推重比和高流量比的方向不断发展,要求发动机的涡轮前进口温度不断提高,在高温合金叶片表面涂覆热障涂层是必然选择。热障涂层依靠最外层陶瓷层隔绝大部分热量,并借助金属过渡层将基体和陶瓷层粘结。金属粘结层是热障涂层体系中最为关键的部分,它作为储铝层,为其表面保护性Al2O3膜的生长提供充足的Al源,从而实现对高温合金基体的高温腐蚀防护。然而,高铝涂层与单晶合金基体间势必会因成分差异而引起界面元素互扩散,破坏合金组织,严重弱化合金基体的力学性能。此外,金属粘结层表面的位移稳定性对热障陶瓷层的粘附性也十分重要,粘结层及氧化膜的表面起伏是诱导氧化膜局部开裂、剥落的主要因素,将加速热障涂层的失效过程。发展一种具有优良抗氧化、抗起伏性能的低扩散率涂层具有重要的科学意义和应用价值。本论文以广泛使用的第二代单晶高温合金Rene N5为基体,运用多靶磁控溅射技术,通过调控涂层成分,制备出不同相组成的纳米晶涂层。研究了不同相组成纳米晶涂层的恒温氧化和循环氧化行为,从氧化膜结构及残余应力、涂层组织结构退化和力学性能等方面进行表征和分析,探讨了各涂层的氧化机制及氧化膜失效机制。在此基础上,提出了一种具有抗氧化、抗起伏和低扩散率等优异综合性能的金属粘结层材料,并进一步探究了 Pt改性对该涂层高温氧化行为的影响。主要研究成果如下:1.设计并制备出不同相组成的纳米晶涂层,并研究了其氧化机制。通过调节涂层中的Al含量,并进行后续真空退火处理,得到了双相γ/γ’、单相γ’、双相γ’/β三种不同相组成的纳米晶涂层。由于涂层中难熔元素Cr,W,Mo,Re等含量较高,退火过程中各涂层中均析出了含Y的σ-（Cr,W,Mo,Re）相。含Y的σ析出相的体积分数与再溶解速率依赖于涂层中的Al含量,并对氧化速率及氧化膜结构产生影响。高Al含量可抑制Y的氧化,降低氧化速率,但也会导致涂层与基体间的元素互扩散。单相γ’涂层同时具有氧化速率低、互扩散程度小等优点。2.探究了热循环条件下不同相组成纳米晶涂层表面氧化膜的失效机制。1100℃热循环500次后,双相γ/γ’涂层表面氧化膜起伏严重,并伴有裂纹产生。由于初始Al含量低且氧化速率高,涂层在热循环过程中快速退化,与此同时,其热膨胀系数增大,力学性能（硬度、弹性模量等）下降,因而热应力作用下其表面更易变形。单相γ’涂层和双相γ’/β涂层中Al含量较高且氧化速率低,涂层退化缓慢,表现出较好的抗起伏性能。但双相γ’/β涂层因氧化膜热应力难以通过蠕变而释放,氧化膜发生局部剥落。3.研究了单相γ’纳米晶涂层在热障涂层体系的热循环行为。与NiCrAlY粘结层相比,单相γ’纳米晶粘结层表面可快速形成连续的氧化铝膜,增强TGO与YSZ间的界面结合,且涂层与基体间无明显互扩散,涂层退化缓慢,是一种极具潜力的粘结层候选材料。4.制备出Pt改性的单相γ’纳米晶涂层,研究了 Pt对该涂层高温氧化性能的影响。Pt添加有助于涂层表面形成高度纯净的氧化铝膜,减少由氧化物杂质位置处应力集中引起的微裂纹的形成,避免氧化膜的过早失效。与未改性的γ’纳米晶涂层相比,Pt改性的涂层具有较低的热膨胀系数和较高的弹性模量和硬度,在热循环时涂层承受的应力水平低,抵抗变形能力强。此外,涂层中的Pt还可促进Al的上坡扩散,延缓涂层退化。