科学技术成果奖

成果名称：镍基高温合金表面改性与防护涂层的高温氧化腐蚀机理研究

研究团队：曹将栋、姜伯晨、曹雪玉

成果简介：高温合金材料在燃烧室、涡轮盘、导向叶片、涡轮叶片等航空发动机热端零部件中运用最为广泛。随着航空航天工业的快速发展，对航空发动机推力和推重比不断提出了新的要求，导致了涡轮发动机工作环境温度大幅升高，这就对零件所使用的合金材料的承温能力提出了更加苛刻的要求。针对以上要求，项目团队开展了系列研究，主要成果如下：

（1）构建了其高温氧化动力学模型，并揭示了表面氧化膜和合金基体的微观组织结构演变过程；

（2）揭示了激光冲击波诱发合金表面微观组织结构变化与高温氧化腐蚀行为的关联规律，形成激光冲击改性提升高温合金抗高温氧化性能的理论；

（3）系统研究了稀土催渗多元纳米铝化涂层制备工艺及激光冲击改性，揭示了激光冲击诱发涂层和基体微观组织变化的机理；

（4）发现了稀土离子注入对合金表层晶体无序化的作用机制，揭示了稀土离子细化氧化物晶粒，延缓氧化物生长和相变的机理；

（5）设计了一种CoCrAlYTaSi涂层，发现了Ta具有很强的吸氧性，极大地提高了涂层的高温性能，Si在高温下形成熔融的SiO₂，利用其流动性使涂层具备了自愈合性能；

（6）研究了高温固相反应二硅化钛(TiS₂)掺杂锆酸钆(Gd₂Zr₂O₇)制备热障涂层陶瓷层材料，发现Ce4+的掺杂含量越多，反应层的厚度越薄，Ce4+的掺杂加快了CMAS与陶瓷的反应速率，从而快速形成致密的反应层阻止CMAS向陶瓷层内部的侵蚀并且提高了陶瓷的应变容限，提高了抗CMAS热腐蚀性能。