航空(kong)飛行(xing)器(qi)對航空(kong)發動機(ji)(ji)的(de)(de)推重比的(de)(de)要求(qiu)越(yue)來越(yue)高(gao)，因此必(bi)須(xu)不斷提高(gao)燃氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)的(de)(de)聯合(he)(he)循環熱效(xiao)率(lv)和(he)(he)渦(wo)輪的(de)(de)進(jin)口溫(wen)度(du)。現(xian)在，高(gao)壓渦(wo)輪部(bu)分的(de)(de)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)甚至達到(dao)了(le)1650℃，冷卻(que)部(bu)分的(de)(de)溫(wen)度(du)也達到(dao)了(le)1200℃。例如，三(san)菱重工(gong)（MHI）開發的(de)(de)M501J燃氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)的(de)(de)渦(wo)輪進(jin)口溫(wen)度(du)達到(dao)了(le)1600℃，使(shi)渦(wo)輪部(bu)件熱負荷大大增加(jia)[1,2,3]。在此服役溫(wen)度(du)下，高(gao)溫(wen)合(he)(he)金已經(jing)達到(dao)使(shi)用極限。研究表(biao)明(ming)，在發動機(ji)(ji)上(shang)(shang)使(shi)用熱障(zhang)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)（Thermal Barrier Coatings,TBCs）可明(ming)顯降低渦(wo)輪部(bu)件表(biao)面(mian)溫(wen)度(du)，提高(gao)燃氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)功率(lv)和(he)(he)熱效(xiao)率(lv)[4]。目前最常用的(de)(de)熱障(zhang)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)為(wei)雙(shuang)層(ceng)(ceng)結構，即由(you)沉積在高(gao)溫(wen)合(he)(he)金基(ji)體(ti)(ti)上(shang)(shang)的(de)(de)金屬粘結層(ceng)(ceng)和(he)(he)陶(tao)瓷頂層(ceng)(ceng)組成(cheng)[3]。目前使(shi)用的(de)(de)金屬粘結層(ceng)(ceng)，包括(kuo)MCrAlX體(ti)(ti)系(xi)（其(qi)中(zhong)M為(wei)Ni,,Co,NiCo;X為(wei)Y,Si,Ta,或Hf [5,6,7]）和(he)(he)（Ni,Pt）Al體(ti)(ti)系(xi)。MCrAlY涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)抗(kang)(kang)氧(yang)化性能(neng)、抗(kang)(kang)熱腐蝕性能(neng)、涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)韌性以及(ji)與基(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)粘附力(li)等綜合(he)(he)性能(neng)很高(gao)，得到(dao)了(le)廣泛的(de)(de)應用。其(qi)中(zhong)NiCrAlY涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)具(ju)有好的(de)(de)抗(kang)(kang)氧(yang)化性能(neng)，而CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)具(ju)有較好的(de)(de)抗(kang)(kang)熱腐蝕性能(neng)和(he)(he)抗(kang)(kang)硫化性能(neng)強[8, 9]。因此，CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)更適(shi)合(he)(he)在地(di)面(mian)或海洋環境中(zhong)的(de)(de)燃氣(qi)(qi)輪機(ji)(ji)上(shang)(shang)使(shi)用。

噴丸強(qiang)化，其(qi)設備(bei)操作簡單、成本較(jiao)低且效(xiao)率較(jiao)高[10]。噴丸強(qiang)化能降低NiCoCrAlY包覆涂(tu)(tu)層表(biao)面粗糙度(du)，提高涂(tu)(tu)層的(de)致密度(du)及抗氧(yang)化性能以及改變(bian)涂(tu)(tu)層應力狀態[11]。為了進(jin)(jin)一步優(you)化地面燃氣(qi)輪機上使(shi)用的(de)CoCrAlY涂(tu)(tu)層的(de)制備(bei)工(gong)藝，本文使(shi)用高能噴丸對CoCrAlY涂(tu)(tu)層進(jin)(jin)行表(biao)面強(qiang)化。

1 實驗方(fang)法

實驗用基(ji)體合金為(wei)DZ466,金屬粘結層(ceng)選用CoCrAlY。合金基(ji)體，合金靶材及制備后涂層(ceng)的(de)成分，列于表1（用測試法對剝落的(de)涂層(ceng)進行化(hua)學元素分析，得到制備后涂層(ceng)的(de)成分）。

表1 DZ466、CoCrAlY靶材與粘結層(ceng)的(de)化學成(cheng)分（質(zhi)量(liang)分數， %）

涂(tu)(tu)層的制備：先將DZ466試(shi)(shi)棒(bang)加(jia)工成(cheng)(cheng)尺寸為30 mm×10 mm×1.5 mm的試(shi)(shi)片(pian)，對試(shi)(shi)片(pian)進(jin)行干噴砂（100#剛(gang)玉(yu)砂粒）和(he)(he)水(shui)(shui)噴砂（100#剛(gang)玉(yu)砂粒）處理(li)，然后(hou)依次進(jin)行超(chao)聲清(qing)洗、去離子水(shui)(shui)清(qing)洗和(he)(he)酒精清(qing)洗以去除表(biao)面(mian)殘余砂粒及油污等(deng)污染物。表(biao)面(mian)處理(li)完畢后(hou)，使用EB-PVD技(ji)術在試(shi)(shi)片(pian)表(biao)面(mian)沉積(ji)厚度約為60 μm的CoCrAlY涂(tu)(tu)層。沉積(ji)完成(cheng)(cheng)后(hou)，將試(shi)(shi)樣放入1050℃真(zhen)空爐中進(jin)行2 h真(zhen)空熱處理(li)。

噴(pen)丸實驗設備為KXS-3000P陶(tao)瓷丸數控(kong)噴(pen)丸機，所(suo)用(yong)Al2O3陶(tao)瓷彈丸的直(zhi)(zhi)徑為200 μm。試(shi)驗中(zhong)采用(yong)單次噴(pen)丸，噴(pen)射角(jiao)度為垂(chui)直(zhi)(zhi)于(yu)被噴(pen)丸試(shi)樣表面(mian)，噴(pen)丸實驗的內容在表2中(zhong)給出。

對(dui)噴丸后的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)層進行2 h的(de)(de)(de)(de)(de)1050℃真空熱處理，然后將涂(tu)(tu)(tu)層試樣置(zhi)于半封閉式的(de)(de)(de)(de)(de)陶瓷(ci)坩(gan)堝(guo)中(zhong)，放入1100℃的(de)(de)(de)(de)(de)高溫爐中(zhong)進行靜態氧化實驗，定(ding)期(qi)稱量(liang)整體(ti)重量(liang)變化。使用Mitutoyo SJ310型粗(cu)糙(cao)度(du)儀測量(liang)涂(tu)(tu)(tu)層的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)；使用Quanta600環場(chang)(chang)掃描電鏡和(he)SUPEA 40熱場(chang)(chang)發射(she)電子(zi)掃描電鏡觀(guan)察噴丸前后涂(tu)(tu)(tu)層的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面與截(jie)(jie)面形貌；用FUTURE-TECH FV-700的(de)(de)(de)(de)(de)維氏(shi)硬度(du)計測量(liang)橫(heng)截(jie)(jie)面硬度(du)，載荷為10 gf。用X射(she)線衍射(she)儀（D/max 2200PC）測定(ding)涂(tu)(tu)(tu)層的(de)(de)(de)(de)(de)物相結構(gou)。

2 實(shi)驗結果

2.1 EB-PVD制備CoCrAlY涂(tu)層的形貌與(yu)結構

如(ru)圖1a所(suo)示(shi)，用(yong)EB-PVD方(fang)法(fa)(fa)(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)具有較(jiao)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)應變容限(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)結構[12]。在(zai)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)過(guo)程中不易發(fa)生(sheng)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)開(kai)裂或剝(bo)落，且沉(chen)積速度(du)快。但是采用(yong)EB-PVD方(fang)法(fa)(fa)(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，在(zai)蒸發(fa)沉(chen)積時容易生(sheng)成大(da)(da)(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)洞，晶(jing)界結合力小[13]。柱狀(zhuang)晶(jing)結構的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)致密度(du)較(jiao)低(di)，且在(zai)柱狀(zhuang)晶(jing)之間有許多垂直(zhi)于(yu)基(ji)體表面(mian)、貫(guan)穿整個涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)細微縫隙(xi)（圖1a中的(de)(de)(de)(de)(de)CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)橫截面(mian)形(xing)貌）。由于(yu)物理氣(qi)相沉(chen)積法(fa)(fa)(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)不能消除(chu)基(ji)底的(de)(de)(de)(de)(de)起伏，容易放大(da)(da)(da)為瘤狀(zhuang)凸起。由于(yu)沉(chen)積過(guo)程中溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)，涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)大(da)(da)(da)，且CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)脆性(xing)較(jiao)大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)，會在(zai)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)產生(sheng)輕(qing)微的(de)(de)(de)(de)(de)微裂紋。這(zhe)些用(yong)EB-PVD法(fa)(fa)(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)特性(xing)，在(zai)圖1b中清晰可(ke)見。這(zhe)些孔(kong)隙(xi)一方(fang)面(mian)降低(di)了(le)涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)致密度(du)，另(ling)一方(fang)面(mian)成為O或其他腐蝕(shi)性(xing)氣(qi)氛侵入基(ji)體合金的(de)(de)(de)(de)(de)快速通道，影響涂(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)使用(yong)壽命。

圖1 EB-PVD制備CoCrAlY涂層(ceng)的(de)截(jie)面(mian)形(xing)(xing)貌和表(biao)面(mian)形(xing)(xing)貌

為了發揮EB-PVD方(fang)法制(zhi)備(bei)涂層(ceng)的(de)優勢(shi)，很多學者(zhe)采(cai)用表面形(xing)變(bian)強化(hua)提高金(jin)屬(shu)粘接(jie)層(ceng)的(de)高溫抗(kang)氧化(hua)性(xing)能和(he)高溫耐腐蝕性(xing)能[4, 14~16]。

2.2 噴丸前(qian)后涂層的氧化增重曲線

圖2給出了CoCrAlY涂層試樣在(zai)1050℃的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)動力(li)學(xue)曲線。近(jin)300 h的(de)(de)(de)高溫(wen)(wen)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程大致可分為三個部分：0~50 h區(qu)間(jian)的(de)(de)(de)初始(shi)(shi)的(de)(de)(de)快速氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、50~160 h的(de)(de)(de)穩(wen)定的(de)(de)(de)慢速氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)區(qu)間(jian)以及160 h后(hou)的(de)(de)(de)再(zai)次氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)增速。在(zai)0~50 h的(de)(de)(de)熱氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)區(qu)間(jian)涂層開(kai)始(shi)(shi)與空(kong)氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)氣(qi)接(jie)觸，Al與O發生(sheng)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)反應(ying)生(sheng)成Al2O3氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物膜；在(zai)隨(sui)后(hou)50~160 h的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)過程中(zhong)(zhong)，由(you)于Al2O3氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)膜阻(zu)礙了氧(yang)(yang)(yang)(yang)負(fu)離子(zi)和金屬陽離子(zi)的(de)(de)(de)擴(kuo)散，氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)速率減(jian)小，涂層的(de)(de)(de)增重不明顯[17];在(zai)160 h后(hou)，由(you)于氧(yang)(yang)(yang)(yang)原子(zi)向內擴(kuo)散和Al原子(zi)向外擴(kuo)散，隨(sui)著在(zai)高溫(wen)(wen)環境下暴露時間(jian)的(de)(de)(de)增加表(biao)層Al2O3氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物膜的(de)(de)(de)厚度不斷(duan)增加，薄膜的(de)(de)(de)應(ying)力(li)的(de)(de)(de)不斷(duan)增大，導(dao)致在(zai)表(biao)面應(ying)力(li)集中(zhong)(zhong)處產生(sheng)的(de)(de)(de)微(wei)裂(lie)(lie)紋。此時氧(yang)(yang)(yang)(yang)負(fu)離子(zi)通過裂(lie)(lie)紋，穿過Al2O3氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)膜，再(zai)次與涂層金屬接(jie)觸，使氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)速率提高。

圖2 表面噴丸后CoCrAlY涂層在1050℃的氧化動(dong)力學曲線(xian)

對比分析不同噴丸(wan)強度下的(de)涂層(ceng)氧化(hua)動力學曲線，可見噴丸(wan)明(ming)顯提高了涂層(ceng)的(de)抗(kang)氧化(hua)性(xing)能，效果(guo)最好的(de)是(shi)噴丸(wan)強度為0.2 N,其次(ci)是(shi)0.3 N和0.1 N,而噴丸(wan)強度為0.45 N時涂層(ceng)的(de)抗(kang)氧化(hua)性(xing)能不但沒有提高，反而比未(wei)噴丸(wan)的(de)差。

2.3 噴丸對涂層的表面形(xing)貌的影響

圖(tu)(tu)(tu)3給出(chu)了EB-PVD制備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)不(bu)同(tong)強(qiang)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)微觀(guan)形貌(mao)，圖(tu)(tu)(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)右(you)下(xia)(xia)角的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)小圖(tu)(tu)(tu)片為(wei)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)后(hou)(hou)(hou)試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)整(zheng)體(ti)狀(zhuang)(zhuang)態。與圖(tu)(tu)(tu)1b的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)試(shi)樣(yang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)形貌(mao)對(dui)比(bi)可知，在(zai)(zai)0.1 N強(qiang)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)后(hou)(hou)(hou)試(shi)樣(yang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)變(bian)得較(jiao)(jiao)為(wei)平整(zheng)，未噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)試(shi)樣(yang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)凸起狀(zhuang)(zhuang)態得到(dao)明顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)善，但(dan)是原始涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)微裂紋以及凹(ao)陷部(bu)(bu)分(fen)并(bing)未明顯(xian)改(gai)善（圖(tu)(tu)(tu)3a）。涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)0.2 N強(qiang)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)處理后(hou)(hou)(hou)原始涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)起伏狀(zhuang)(zhuang)態均(jun)得到(dao)較(jiao)(jiao)大改(gai)善，相連的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)凸起被壓實后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)邊緣(yuan)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)間隙幾乎(hu)消(xiao)失，涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)未見破(po)(po)壞(huai)區(qu)域（圖(tu)(tu)(tu)3b）。圖(tu)(tu)(tu)3c和圖(tu)(tu)(tu)3d中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)平整(zheng)程度(du)(du)(du)，均(jun)一(yi)性(xing)都得到(dao)了明顯(xian)改(gai)善，但(dan)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)出(chu)現(xian)(xian)了非常(chang)細小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)如(ru)鱗(lin)狀(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)突出(chu)物，如(ru)圖(tu)(tu)(tu)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)紅色線框內，且(qie)0.45 N強(qiang)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)強(qiang)化后(hou)(hou)(hou)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鱗(lin)狀(zhuang)(zhuang)物較(jiao)(jiao)0.3 N強(qiang)度(du)(du)(du)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大。而且(qie)，圖(tu)(tu)(tu)3c中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)綠色區(qu)域出(chu)現(xian)(xian)少(shao)量強(qiang)化過度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)凹(ao)坑；在(zai)(zai)圖(tu)(tu)(tu)3d中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)綠色區(qu)域不(bu)但(dan)出(chu)現(xian)(xian)凹(ao)坑，在(zai)(zai)局部(bu)(bu)地區(qu)有大面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)被破(po)(po)壞(huai)。這說明，噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)過大使涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)局部(bu)(bu)被破(po)(po)壞(huai)。從(cong)四(si)張圖(tu)(tu)(tu)片右(you)下(xia)(xia)角的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)整(zheng)體(ti)狀(zhuang)(zhuang)態圖(tu)(tu)(tu)可見，隨著噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)光亮度(du)(du)(du)和均(jun)勻性(xing)提(ti)高，但(dan)是在(zai)(zai)0.45 N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)下(xia)(xia)試(shi)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)因塑性(xing)變(bian)形較(jiao)(jiao)大，已經大面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)積(ji)破(po)(po)壞(huai)。這說明，噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)超(chao)過一(yi)定值使涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)(zai)宏觀(guan)上(shang)出(chu)現(xian)(xian)破(po)(po)壞(huai)。

圖3 不同(tong)強度噴(pen)丸后CoCrAlY涂層(ceng)的表面形貌

2.4 噴丸(wan)強化對(dui)CoCrAlY涂層表面粗糙(cao)度(du)的(de)影響

粘接層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面的(de)粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)對其在(zai)使(shi)用過(guo)程(cheng)中生(sheng)成的(de)TGO膜的(de)均勻完整(zheng)性(xing)，影響較大(da)(da)(da)[14]。表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)越(yue)大(da)(da)(da)則TGO膜受到(dao)的(de)局部應力越(yue)大(da)(da)(da)，TGO膜越(yue)容易發(fa)生(sheng)開裂(lie)，降(jiang)(jiang)低(di)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)使(shi)用壽命。圖4給(gei)出(chu)了噴(pen)(pen)丸(wan)前后CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)。為(wei)了準確表(biao)(biao)現出(chu)粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)變(bian)(bian)化(hua)，同時(shi)測(ce)量(liang)了涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)試樣(yang)(yang)的(de)橫向與(yu)縱(zong)向的(de)表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)。結果(guo)表(biao)(biao)明(ming)：在(zai)噴(pen)(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)小于0.2 N的(de)條件下，隨著噴(pen)(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)增(zeng)加，用EB-PVD制備的(de)CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面的(de)粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)低(di)，原(yuan)始試樣(yang)(yang)的(de)縱(zong)向粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)由Ra=1.5 ?m（橫向0.82 ?m）降(jiang)(jiang)低(di)到(dao)Ra=1.04 ?m（橫向0.6 ?m）。這表(biao)(biao)明(ming)，噴(pen)(pen)丸(wan)處理(li)能有效降(jiang)(jiang)低(di)EB-PVD法制備的(de)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)。隨著噴(pen)(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)提高(gao)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面塑性(xing)變(bian)(bian)形量(liang)增(zeng)大(da)(da)(da)，但是涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)并未(wei)繼(ji)續(xu)降(jiang)(jiang)低(di)。當噴(pen)(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)為(wei)0.3 N時(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)開始上升，強(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)達到(dao)0.45 N時(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)橫向粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)甚至超過(guo)原(yuan)始試樣(yang)(yang)。其原(yuan)因是，噴(pen)(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)提高(gao)使(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面塑性(xing)變(bian)(bian)形量(liang)增(zeng)大(da)(da)(da)，超過(guo)了CoCrAlY涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)屈服(fu)極限涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面開始破壞，噴(pen)(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)越(yue)大(da)(da)(da)塑性(xing)變(bian)(bian)形量(liang)越(yue)大(da)(da)(da)，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)被破壞越(yue)嚴重，表(biao)(biao)面粗(cu)糙(cao)度(du)(du)(du)(du)(du)也越(yue)大(da)(da)(da)。

圖4 噴丸(wan)強化后(hou)CoCrAlY涂層的表面粗(cu)糙度

2.5 噴丸對涂層殘(can)余應力的(de)影響

涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)內應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)分(fen)為熱(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)本(ben)征(zheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，且(qie)本(ben)征(zheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)又分(fen)為界面應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和(he)生(sheng)(sheng)長應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，其中熱(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)對涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)與基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)結(jie)合力(li)(li)(li)(li)(li)(li)影響最大(da)[18]。但(dan)是(shi)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)本(ben)征(zheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)影響也不(bu)能忽視。對于(yu)島狀(zhuang)模式生(sheng)(sheng)長的(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)本(ben)征(zheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)表(biao)現為拉伸(shen)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，并且(qie)隨著涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)拉伸(shen)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)近(jin)似線性增(zeng)加(jia)[19, 20]。采用(yong)物理氣相沉(chen)積沉(chen)積方法制備的(de)(de)(de)柱狀(zhuang)晶(jing)CoCrAlY涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，具有上述特點。拉應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)可能導致(zhi)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)開(kai)裂或剝落，特別對于(yu)脆(cui)性較大(da)的(de)(de)(de)CoCrAlY涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。圖5表(biao)明：涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)經(jing)(jing)過真空熱(re)處(chu)理后(hou)表(biao)面殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)幾乎(hu)消失；噴(pen)丸(wan)強(qiang)化改變(bian)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)狀(zhuang)態，明顯(xian)提高(gao)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)壓應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，且(qie)噴(pen)丸(wan)強(qiang)度越大(da)殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)越大(da)。涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)壓應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)有利于(yu)減少涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)開(kai)裂。但(dan)是(shi)，當噴(pen)丸(wan)強(qiang)度為0.45 N時CoCrAlY涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中的(de)(de)(de)殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)突然大(da)幅下降。其原因是(shi)，試樣表(biao)面經(jing)(jing)彈丸(wan)多次(ci)撞擊后(hou)發生(sheng)(sheng)了塑性流(liu)變(bian)，導致(zhi)表(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)部(bu)分(fen)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)釋放[21]。

圖5 不同強度噴丸后CoCrAlY涂層的殘余應力

2.6 噴丸強化導致CoCrAlY涂層厚(hou)度(du)和截面硬度(du)的變化

在噴(pen)丸(wan)過程中(zhong)彈丸(wan)的(de)撞擊不但(dan)使(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)更加平坦，也使(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)在垂直于涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)連續(xu)作用力下不斷發生(sheng)塑(su)性變形，使(shi)得涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)度減(jian)小(xiao)。涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)度減(jian)小(xiao)，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)致(zhi)密度上升，涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內(nei)疏(shu)松和孔隙等缺陷減(jian)少。研(yan)究表(biao)(biao)(biao)明[22],噴(pen)丸(wan)處理使(shi)涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)密度提高30%以(yi)上。從圖6a可見(jian)，隨著噴(pen)丸(wan)強度的(de)提高涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)度減(jian)少量增大。

圖6 不同噴(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)(du)對CoCrAlY涂(tu)層厚度(du)(du)與截面硬度(du)(du)的影(ying)響：（a）涂(tu)層厚度(du)(du)變(bian)化（b）涂(tu)層截面硬度(du)(du)變(bian)化

圖(tu)6b給出了不同(tong)強度(du)(du)噴(pen)丸(wan)后的(de)(de)CoCrAlY涂層(ceng)(ceng)(ceng)截面(mian)硬度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)圖(tu)，可以看出，噴(pen)丸(wan)后涂層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)硬度(du)(du)顯著(zhu)提(ti)高，且其硬度(du)(du)值隨著(zhu)與涂層(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)距離的(de)(de)增加不斷降低。高速運動(dong)的(de)(de)彈丸(wan)與試樣表面(mian)發生(sheng)撞擊并傳遞能量(liang)的(de)(de)同(tong)時，試樣表層(ceng)(ceng)(ceng)也(ye)產(chan)生(sheng)了塑性(xing)變形。其塑性(xing)變形從強化層(ceng)(ceng)(ceng)外(wai)層(ceng)(ceng)(ceng)向內逐漸減小(xiao)，呈梯(ti)度(du)(du)分(fen)布，導致(zhi)涂層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)致(zhi)密(mi)度(du)(du)和(he)殘余應力出現由表到里的(de)(de)梯(ti)度(du)(du)分(fen)布[23]。而原始涂層(ceng)(ceng)(ceng)具有相同(tong)組織(zhi)結構，噴(pen)丸(wan)強化后其組織(zhi)的(de)(de)硬度(du)(du)值正是其致(zhi)密(mi)度(du)(du)和(he)殘余應力變化的(de)(de)綜合表現。

圖6b中0.3 N和0.45 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)幾乎相(xiang)等(deng)，約(yue)(yue)為865 HV,0.2 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)為832 HV與其相(xiang)近(jin)，而(er)0.1 N的(de)(de)(de)(de)(de)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)只有(you)約(yue)(yue)718 HV。從圖6a可見(jian)，0.45 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)后的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)減少量△H約(yue)(yue)為0.3 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)4倍，涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)(du)應(ying)高(gao)于(yu)0.3 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，但兩組(zu)不(bu)同噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)卻相(xiang)同。這個結果說明(ming)，此(ci)時涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)(du)已經(jing)(jing)達到最(zui)大(da)(da)值(zhi)，過大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)只是(shi)沖(chong)擊力傳遞到涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內部，導(dao)致(zhi)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內部的(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)性變(bian)形進一步增(zeng)大(da)(da)。由此(ci)可見(jian)，0.2 N,0.3 N和0.45 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面都已達到或者接近(jin)保(bao)證(zheng)(zheng)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)完整狀態下的(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)(da)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)(du)。對比分析0.2 N,0.3 N和0.45 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內部組(zu)織的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)，發現在距離(li)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面同等(deng)距離(li)時硬(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)相(xiang)差不(bu)大(da)(da)。這也(ye)說明(ming)，在保(bao)證(zheng)(zheng)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)完整性的(de)(de)(de)(de)(de)前提下，噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)達到一定值(zhi)后再提高(gao)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)對涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)(du)影響較小(xiao)。0.2 N和0.3 N噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)變(bian)化(hua)相(xiang)差不(bu)大(da)(da)，也(ye)能證(zheng)(zheng)明(ming)了這一理論。其原因是(shi)，噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)達到一定值(zhi)后強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面已經(jing)(jing)達到保(bao)證(zheng)(zheng)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)完整狀態下的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)(da)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)(du)，噴(pen)(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)產生的(de)(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊力進一步傳遞到涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內部，但未(wei)能達到涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)組(zu)織的(de)(de)(de)(de)(de)屈服強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)，不(bu)足以導(dao)致(zhi)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)內部的(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)性變(bian)形量增(zeng)加，因此(ci)涂(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)厚(hou)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)減小(xiao)量相(xiang)同。

2.7 噴丸強(qiang)化對(dui)涂層表面(mian)物相的影響

噴(pen)(pen)丸(wan)引(yin)起表層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)材料產(chan)生連續塑性變形(xing)，使擴散(san)后(hou)(hou)(hou)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)組成(cheng)和(he)組織(zhi)結(jie)構發(fa)生重大變化(hua)[24]。噴(pen)(pen)丸(wan)處理(li)(li)后(hou)(hou)(hou)的(de)(de)(de)CoCrAlY涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)再次經過1050℃真空熱(re)處理(li)(li)2 h,然(ran)后(hou)(hou)(hou)測試涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)物相(xiang)(xiang)(xiang)變化(hua)情況，得到如圖(tu)(tu)7的(de)(de)(de)XRD圖(tu)(tu)譜。可以看(kan)出(chu)，原(yuan)始(shi)的(de)(de)(de)CoCrAlY涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)由(you)γ-Co固溶體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)（fcc結(jie)構）和(he)Co基β-CoAl（bcc結(jie)構）相(xiang)(xiang)(xiang)組成(cheng)，γ-Co固溶體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)所占體(ti)(ti)(ti)積分數較大。噴(pen)(pen)丸(wan)強化(hua)后(hou)(hou)(hou)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)的(de)(de)(de)β-CoAl相(xiang)(xiang)(xiang)占比明顯高于未噴(pen)(pen)丸(wan)的(de)(de)(de)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)試樣。其原(yuan)因是，一方(fang)面(mian)(mian)，噴(pen)(pen)丸(wan)使涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)反復塑性變形(xing)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)的(de)(de)(de)位(wei)錯大量(liang)(liang)增殖，在1050℃高溫熱(re)處理(li)(li)過程中(zhong)這些位(wei)錯為Al原(yuan)子的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)提(ti)供了大量(liang)(liang)通道，Al元素(su)含量(liang)(liang)增加(jia)有利于β-CoAl的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)；另一方(fang)面(mian)(mian)，涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)應力狀態的(de)(de)(de)改變較大以及大量(liang)(liang)位(wei)錯纏(chan)結(jie)，導致(zhi)涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)內部(bu)界面(mian)(mian)能(neng)和(he)畸變能(neng)較大，為涂(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)回(hui)復再結(jie)晶過程中(zhong)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變提(ti)供驅動(dong)力。這兩方(fang)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)原(yuan)因，導致(zhi)β-CoAl相(xiang)(xiang)(xiang)增加(jia)。

圖(tu)7 表面(mian)噴(pen)丸強化前后CoCrAlY涂層(ceng)的XRD圖(tu)譜

3 分析與討論

圖8給出了CoCrAlY涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)1100℃高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫氧(yang)(yang)化(hua)(hua)近300 h后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)截面(mian)(mian)形貌。經(jing)EDS成(cheng)(cheng)(cheng)分分析(xi)，圖8中(zhong)深灰色(se)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)島狀物為(wei)(wei)β-NiCoAl相。其(qi)(qi)中(zhong)Ni的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)分數(shu)約(yue)為(wei)(wei)0.56,Al元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)分數(shu)約(yue)為(wei)(wei)0.28,Co元素(su)為(wei)(wei)0.18。涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)本(ben)身幾乎不(bu)含Ni元素(su)，此時(shi)出現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ni基物相來源于(yu)(yu)(yu)DZ466合金基體，經(jing)過(guo)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫擴散到達(da)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)，形成(cheng)(cheng)(cheng)β-NiCoAl相。對比圖8a和圖8b可知(zhi)，噴丸(wan)后涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)形成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)β-NiCoAl相明(ming)顯少(shao)(shao)于(yu)(yu)(yu)未噴丸(wan)試樣，且出現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置距離涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)遠，說明(ming)在(zai)噴丸(wan)強化(hua)(hua)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)Ni原子(zi)擴散緩慢。其(qi)(qi)原因是，噴丸(wan)強化(hua)(hua)后CoCrAlY涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)密度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)，高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫回復后涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)內(nei)(nei)孔(kong)隙(xi)，疏松等缺陷(xian)減(jian)(jian)少(shao)(shao)，涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)變得較為(wei)(wei)致密，從而導致Ni原子(zi)擴散阻力增加，擴散速(su)率降(jiang)低(di)，使β-NiCoAl相減(jian)(jian)少(shao)(shao)。β-NiCoAl相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)少(shao)(shao)，一方(fang)面(mian)(mian)說明(ming)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)密度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)增大了高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫下(xia)氧(yang)(yang)元素(su)向涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)內(nei)(nei)部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)滲入阻力，減(jian)(jian)低(di)氧(yang)(yang)在(zai)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)由(you)外向內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散速(su)率，從而提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)了涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)能(neng)力；另一方(fang)面(mian)(mian)，β-NiCoAl相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)少(shao)(shao)則有更多的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Al元素(su)用于(yu)(yu)(yu)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)保護膜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)(cheng)，進而提升涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)能(neng)。同時(shi)，噴丸(wan)后涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)粗糙度降(jiang)低(di)，靜態(tai)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)過(guo)程中(zhong)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Al氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物生長均(jun)勻致密，不(bu)易破裂。而且涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)物相中(zhong)β-CoAl相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加有利于(yu)(yu)(yu)涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)Al氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)快速(su)形成(cheng)(cheng)(cheng)，對涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)形成(cheng)(cheng)(cheng)保護，提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)了涂層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)能(neng)。

圖8 表面噴(pen)丸前后的CoCrAlY涂層(ceng)在1100℃高溫氧化近300 h后的截面形貌

根據對涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)貌、致(zhi)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)以(yi)及(ji)物(wu)相(xiang)結(jie)(jie)構(gou)等方(fang)面(mian)(mian)(mian)分析，0.2 N的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)后涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)貌、表(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)和整體密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)以(yi)及(ji)物(wu)相(xiang)結(jie)(jie)構(gou)都有利于提(ti)高(gao)(gao)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能。而(er)當(dang)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)為0.1 N時涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)貌不平整，涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)提(ti)升較(jiao)小，以(yi)及(ji)表(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)CoAl相(xiang)少(shao)等因素，使涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)高(gao)(gao)溫抗(kang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能不高(gao)(gao)。當(dang)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)大于等于0.3 N時，雖然提(ti)高(gao)(gao)了涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)高(gao)(gao)溫抗(kang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)，表(biao)面(mian)(mian)(mian)粗糙度(du)(du)(du)，CoAl相(xiang)等因素與(yu)0.2 N噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua)(hua)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)相(xiang)差(cha)(cha)不大，但(dan)是(shi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)差(cha)(cha)距較(jiao)大。其原因是(shi)，一(yi)方(fang)面(mian)(mian)(mian)，較(jiao)高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)后在(zai)(zai)表(biao)面(mian)(mian)(mian)形(xing)(xing)成(cheng)了鱗狀(zhuang)凸起，導(dao)(dao)致(zhi)Al氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)在(zai)(zai)此(ci)處(chu)擇優生(sheng)長，形(xing)(xing)成(cheng)孤島(dao)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)，對界(jie)面(mian)(mian)(mian)殘余(yu)應(ying)(ying)力的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)較(jiao)大。而(er)且，孤島(dao)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)半(ban)徑(jing)越大對氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)薄(bo)膜與(yu)涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)殘余(yu)應(ying)(ying)力影響(xiang)越大[25]。此(ci)處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)薄(bo)膜應(ying)(ying)力較(jiao)為集(ji)中(zhong)(zhong)，容易發生(sheng)破(po)裂。另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)(mian)(mian)，噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增大導(dao)(dao)致(zhi)在(zai)(zai)真空(kong)熱處(chu)理過(guo)程中(zhong)(zhong)形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)Al2O3氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜破(po)損，與(yu)在(zai)(zai)噴(pen)(pen)丸(wan)(wan)(wan)(wan)過(guo)程中(zhong)(zhong)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)些彈(dan)丸(wan)(wan)(wan)(wan)碎渣一(yi)起進(jin)入粘結(jie)(jie)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)某(mou)些部位，在(zai)(zai)高(gao)(gao)溫氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)過(guo)程中(zhong)(zhong)彈(dan)丸(wan)(wan)(wan)(wan)碎渣或(huo)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)皮將(jiang)被包裹進(jin)入向(xiang)內(nei)生(sheng)長的(de)(de)(de)(de)(de)Al氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜中(zhong)(zhong)[26]。而(er)碎渣或(huo)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)皮與(yu)薄(bo)膜之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)合不如自身生(sheng)長的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)，有利于氧(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)向(xiang)內(nei)擴散，使涂(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)性(xing)能降(jiang)低。

4 結(jie)論

（1） 當噴(pen)丸(wan)強(qiang)度(du)為0.2 N時，用EB-PVD制備的CoCrAlY涂層(ceng)抗高溫(wen)氧化性能的提高最大。強(qiang)度(du)高于(yu)等于(yu)0.45 N的噴(pen)丸(wan)使涂層(ceng)出現(xian)破(po)損，抗高溫(wen)氧化性能降低。

（2） 適當強度的(de)噴丸能(neng)降低EB-PVD制備的(de)CoCrAlY涂(tu)層(ceng)表面粗糙度，提(ti)高(gao)涂(tu)層(ceng)的(de)致(zhi)密度，改善物相結構，進而提(ti)高(gao)涂(tu)層(ceng)的(de)抗(kang)高(gao)溫氧(yang)化性能(neng)。

（3） 噴丸強度大于等于0.3 N時CoCrAlY涂層表面出(chu)現鱗狀(zhuang)突出(chu)物(wu)，導致Al氧(yang)(yang)化物(wu)在(zai)此(ci)處擇優(you)生(sheng)長，形成類似孤島氧(yang)(yang)化物(wu)的凸起，Al氧(yang)(yang)化膜應力(li)較(jiao)為集中，容易發生(sheng)破裂(lie)，使涂層的使用壽命降(jiang)低。