TiAl合金具有密度低、比强度高、弹性模量高等特点,成为航空航天领域极具应用前景的轻质结构材料,但是TiAl合金在800oC以上抗氧化性能不足的缺点限制了其作为发动机热端部件的应用。整体合金化和表面涂层技术是改善合金抗氧化性能的两种主要方法,在实际应用中往往是将两种技术相结合。MCrAlY涂层是应用最广泛的高温抗氧化涂层体系,然而MCrAlY涂层和TiAl基体在氧化过程中会发生严重的互扩散,导致界面处脆性互扩散层的形成,使涂层发生化学失效和剥落失效。基于以上问题,本文将整体合金化和表面涂层技术相结合,系统地研究了合金元素和制备工艺对TiAl合金及其表面NiCoCrAlY涂层的显微组织、力学性能、抗热震性能和高温抗氧化性能的影响,深入地分析了涂层-合金体系的失效机理,得出以下研究结果:合金元素V、B和Y对Ti-44Al-6Nb-1Cr合金在900oC下的氧化行为有很大影响。2 at.%V的添加促进了挥发性V₂O₅的生成,加快了氧和金属离子的反应速率,使氧化膜中形成了大量TiO₂和Al₂O₃团聚体,从而弱化了氧化膜与合金的结合,最终导致合金抗氧化性能的下降。B和Y的协同添加细化了合金的组织,促进了合金表面Al元素的选择性氧化,加快了Al₂O₃膜的形成。同时,B和Y在晶界处的偏析阻碍了V的外扩散,降低了V₂O₅的生成速率,减轻了晶粒细化对抗氧化性能的负效应,从而改善了Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V合金的抗氧化性能。对NiCoCrAlY/Ti-44Al-6Nb-1Cr、NiCoCrAlY/Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V和NiCoCrAlY/Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V-0.1B-0.15Y三种等离子喷涂涂层-合金体系的氧化行为研究后发现,基体合金元素对涂层的结合性能和抗氧化性能有很大影响。基体中V元素的外扩散促进了涂层表面V₂O₅、AlVO₄和NiCr₂O₄的生长,增加了氧化膜中的生长应力,使涂层表面的氧化膜发生大面积剥落,从而加速了氧的内扩散,导致界面处严重内氧化现象的发生,最终恶化了涂层的抗氧化性能和结合性能。基体中B和Y元素对V元素外扩散的阻碍作用降低了涂层表面V₂O₅和AlVO₄的生长速率,改善了氧化膜的结合性,降低了界面的内氧化速率。界面处形成的Al₂O₃障阻碍了界面脆性互扩散层的形成,从而改善了涂层的结合性能。难熔元素Ta和Mo对NiCoCrAlY涂层的结合性能和抗氧化性能有不同程度的影响。4.5 wt.%Ta或2 wt.%Mo的添加对涂层的结合强度几乎不产生影响,但作为过渡族元素,它们提高了涂层的弹性模量,有利于提高涂层的内聚强度。Ta⁵⁺在氧化膜中的掺杂抑制了涂层表面Al₂O₃和Cr₂O₃的生长,从而略微地降低了涂层的抗氧化性能。但是,Ta⁵⁺的掺杂作用提高了涂层的抗热震性能,这是因为Ta的掺杂促进了界面活性Al₂O₃障的生成,降低了界面脆性互扩散层的形成速率,改善了涂层与基体的结合。NiCoCrAlYMo涂层表面生成的挥发性的MoO₃使涂层发生严重的内氧化,在界面处形成了大量Cr₂O₃+TiO₂+Al₂O₃团聚体,增加了涂层中的内应力,导致涂层抗氧化性能和抗热震性能的大幅度下降。激光熔敷技术减少了NiCoCrAlY涂层中的夹杂物、孔隙等缺陷,消除了涂层的层状结构,使涂层与基体间形成了冶金结合。稀土氧化物Sm₂O₃的添加改变了熔敷层的凝固组织,使界面处的平面晶宽度增加、枝晶熔断,促进了柱状晶的生长。Sm₂O₃的添加细化了近表面区域涂层的组织,并且晶粒尺寸随Sm₂O₃含量的增加而减小。稀土氧化物Sm₂O₃对NiCoCrAlY涂层的力学性能和抗氧化性能有很大影响。含Sm₂O₃涂层中细小的晶粒起到增韧作用,降低了涂层的裂纹敏感性。涂层近表面区域细小的晶粒促进了Al的选择性氧化,并且随着Sm₂O₃含量的增加,θ-Al₂O₃向α-Al₂O₃的转变速度加快,这有利于降低涂层的氧化增重。当Sm₂O₃添加量为3 wt.%时,激光熔敷NiCoCrAlY涂层具有最佳的抗氧化性能。