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第二代镍基单晶高温合金N5因其具有高强度、一定的抗氧化性能等特点,在目前材料高推重比要求下有望成为先进航空发动机的叶片材料。高温合金实际的工作环境较为苛刻,不但要求材料本身具有优异的高温力学性能,还要兼具优秀的抗氧化性能,因此通常选用高温防护涂层来为延长合金的服役时间和使用寿命。传统的高温防护涂层虽然在抗氧化和腐蚀性能上对高温合金有着显著的改善,但也由于其自身设计和成分特点等因素,使得其在施用和服役过程中暴露各种问题,如抗剥落性能差,严重的互扩散而引起的材料力学下降等问题。磁控溅射纳米晶涂层作为一种新型高温防护涂层,因其独特的结构和成分设计,在高温环境下具有优秀的抗氧化性能,同时也不会产生因互扩散行为而造成的一系列影响。本文以第二代镍基单晶高温合金N5为基体,采用X射线衍射（XRD）、带能谱仪的扫描电镜（SEM/EDS）和透射电镜（TEM）等分析手段,研究了利用磁控溅射技术制备的单晶高温合金纳米晶涂层对该合金在高温环境下的防护作用,并利用活性元素Y对原有纳米晶涂层进行成分改性,同时引入了多弧离子镀方法制备的Ni-27Cr-11Al-0.5Y（wt.%）涂层作为对比,研究了几种涂层对该合金高温氧化行为的影响。论文中的主要研究结果如下:在900oC,1000oC和1100oC短期氧化实验中,在氧化初期,N5合金表面的氧化膜主要由防护性能一般的NiO和NiAl2O4组成,同时形成一些Ta的氧化物,生长的氧化膜较薄,增重较小;随着氧化温度的升高和氧化时间的延长,氧化膜发生了较为严重的剥落,抗氧化的性能明显下降。在三种温度下对基体合金施用纳米晶涂层后,均达到了显著的保护作用,在1000oC以上温度时,均能在涂层表面形成连续、致密且成分较为单一的氧化铝膜,同时基体与涂层间没有观察到有元素互扩散现象。在基体N5和纳米晶涂层成分中包含的难熔元素Ta,在氧化行为中出现了非常有意义的类活性元素效用,改变了表面氧化膜的结构和生长方式。在1000oC和1100oC长期氧化实验中,NiCrAlY涂层和纳米晶涂层对比基体合金均显现出良好的抗氧化性能。NiCrAlY涂层在长期氧化1000小时后,涂层与合金基体发生了较为严重的互扩散,互扩散导致合金表层互扩散区（IDZ）与二次反应区（SRZ）的形成,在二次反应区中出现了针状的富Cr,W,Mo和Re的拓扑密排相（TCP）。纳米晶涂层经长期高温环境下服役后不仅显现出优异的抗氧化性能,而且涂层与基体界面出没有发现明显的互扩散现象。在1100oC循环氧化实验中,纳米晶涂层上生长的氧化膜也呈现出良好的抗剥落性能。在改性纳米晶涂层的研究中,将原有N5纳米晶涂层进行成分改性,向涂层内加入0.5wt.%Y元素,在1050oC分别进行恒温氧化和循环氧化实验。结果表明:Y改性的纳米晶涂层不但具备同纳米晶涂层一样优秀的抗氧化性能和抗剥落性能,同时也有所改良。具体表现为Y元素的加入延迟了氧化铝从θ至α的相转变进程,在氧化稳定期的增重速率仅为纳米晶涂层的三分之二;Y元素的加入不但有效抑制了Ta元素的活度,提升了氧化铝膜的纯度,还在氧化膜内观察有明显的“钉扎”结构;且加入活性元素有效的抑制了氧化膜的起伏现象。