热障涂层是现代高性能航空发动机的关键材料,广泛应用于发动机高温核心部件,它可以大幅提高发动机的工作温度和使用寿命。但是,热障涂层长时间在高温和热循环的环境中服役后,会使陶瓷层和氧化层从金属基体界面脱落,失去保护作用,造成巨大的安全事故和经济损失。研究发现,热障涂层的粘结层的抗氧化性能是决定热障涂层寿命的主要因素,而粘结层的成分是影响粘结层的高温抗氧化性质的主要原因。本课题在热障涂层粘结层的成分影响热障涂层的失效方面进行了研究。热障涂层的粘结层是由镍铝合金固溶其它金属元素(如Pt,Cr,Co等)构成。粘结层中Al含量和微量金属元素的含量是粘结层高温抗氧化性质的主要决定因素,此外,向粘结层添加少量的活性元素也能显著提高氧化层的寿命。为避免基体合金元素扩散的影响,本课题采用镍铝合金块材,分别研究Al,Hf和Zr元素对镍铝合金的高温抗氧化性质的影响,如对金属-氧化层的界面粗糙度,氧化层的残余应力,氧化层的生长速率,寿命以及失效方式等。通过此研究,目标是获得具有最佳成分的镍铝粘结层。在本课题中,采用Cr3+离子荧光光谱无损检测镍铝合金表面氧化层的残余应力,采用扫描电子显微镜和图像分析软件获得合金与氧化层的界面粗糙度,采用3D光学表面轮廓仪检测氧化层表面粗糙度。研究发现,随着粘结层的Al含量增加,镍铝合金的高温抗氧化性能增加;此外,Hf/Zr的添加可以有效提高粘结层的高温抗氧化性能,其中,Hf元素含量为0.1at.%时合金的循环氧化寿命最长,Zr元素含量为0.3at.%时合金的循环氧化寿命最长。