燃气轮机广泛应用于航空、舰船和发电,通过提高燃气温度,可以提高能源利用率和减少碳排放。但是,燃气温度提高的同时,也对燃气轮机合金组件的承温能力带来了新的挑战。燃气轮机中用量最大的合金是镍基合金和钛基轻质合金,钛铝合金高温力学性能的提高,使轻质合金在燃气轮机热端(涡轮)的应用成为可能。由隔热陶瓷层和合金粘结层组成的热障涂层系统(TBCs)可以有效提高涡轮叶片的承温能力,合金粘结层的作用主要是降低陶瓷层与合金基体之间的热失配,通过形成具有保护性的A1203膜(也作热致生长氧化物TGO)对合金基体进行高温防护,提高其高温氧化抗性和持久性。与一般的A12O3膜形成功能的铝化物粘结层相比,铂铝(Pt-Al)合金涂层可以形成更致密的TGO,高温氧化抗性更好,而且TGO粘附性更高,寿命更长,在1000 ℃下可以为叶片提供长达25000 h的热循环防护。然而,由于制备工艺复杂,关于镀铂、铝化两个关键制备步骤和基体组分对涂层物相、结构的影响缺乏系统的研究。作为多组分、多层结构的粘结层,由于其在高温服役过程中复杂的TGO生长行为,组分、物相、结构和TGO粘附性的退化过程,以及熔盐沉积导致的TGO退化机制等问题缺乏深入研究,对于获得高性能的铂铝粘结层和进一步延长寿命的追求目标来讲,缺乏足够的理论支持。而且,钛合金基体中Ti的外扩散氧化问题仍没有得到有效解决,钛基轻质合金基体上高热稳定性合金涂层的缺失阻碍了其在燃气轮机热端的应用推广。本文研究了镀铂层厚度、铝摄入量和基体组分对铂铝合金层的物相、结构的影响,纯镍、镍基合金、钛合金三种基体上具有不同Pt/Hf含量和不同物相组成的涂层在热循环氧化和熔盐腐蚀条件下的动力学和组分、物相、形貌演变,发现Pt含量和基体种类对涂层的物相、结构具有重要影响,涂层在热循环条件下存在明显的Pt元素流失,TGO褶皱和粘附性降低,不同熔盐组分下的热腐蚀行为差异较大,以及具有双层结构的铂铝涂层可以有效阻止钛合金基体中Ti的外扩散等现象。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、电子探针分析和X射线光电子能谱对样品的组分、物相和结构进行表征和分析。对于TGO褶皱程度的分析,需要应用非接触式的3D表面轮廓仪对表面粗糙度进行测量,并结合扫描电子显微镜对比分析样品的截面形貌。通过分析和讨论基体类型和Pt含量对涂层物相组成和结构的影响,Pt在热循环条件下的扩散行为,Pt/Hf含量对TGO粘附性的影响,不同熔盐组分下的热腐蚀机制,以及涂层在钛合金基体上的高温热稳定性,得到如下主要结论:1)在Ni基合金基体上,随Pt含量增加,合金层的物相组成变化:β→PtAl2+β→PtAl2,调控渗铝条件可以调控Pt-Al的厚度、孔洞大小、物相组成和物相分布。在Ti合金基体上制备的铂铝涂层会出现明显的分层现象,起始镀Pt层的厚度和扩散程度对各层的物相组成具有决定性作用。2)最优Pt含量为8.19 at.%,其涂层具有最低的氧化速率常数和表面粗糙度。由于Pt的扩散消耗,会发生PtAl2→β*转变和形成Kirkendall孔洞。进一步添加0.46 wt.%的Hf可以降低氧化增重和TGO褶皱程度。3)Na2SO4导致起始氧化膜发生碱性熔融分解,而Na2SO4+V2O5混合熔盐会导致酸性熔融,V2O5不仅促进了β中Pt的析出,而且会加速热腐蚀的氧化和硫化反应过程。4)钛合金基体上外层为(Pt)TiAl3+(Ti)PtAl2,内层为(Ti)PtAl2的双层结构涂层既可以减少涂层本身表层Ti的氧化消耗,又可以有效阻止基体中Ti的外扩散。