基于全球“双碳”战略推动超临界技术发展，对电站关键设备用高温材料的抗氧化性和微观结构稳定性提出严苛要求。现有奥氏体不锈钢在700℃以上易形成低保护性Fe₂O₃/FeCr₂O₄氧化皮，而传统NiCrAlY涂层虽能形成Cr₂O₃或α−Al₂O₃防护层，但存在应力累积等问题，引发起皱和剥落。因此，需要开发一种能同时抑制界面孔隙形成和应力累积的高温防护涂层，用以提升高温服役寿命。

据了解，近日东北大学研究人员采用磁控溅射法制备了双层纳米晶复合涂层(MSO5)。这种复合结构有效地缓解了高温氧化过程中界面空洞的形成和氧化膜的起皱。相关研究结果以“Suppressing interfacial pores and enhancing oxidation resistance of NiCoCr nanocrystalline coatings via oxygen doping”为题被发表在期刊《Corrosion Science》上，通讯作者为东北大学陈明辉教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113541

【核心内容】

该研究通过磁控溅射制备了外层掺杂氧的双层纳米晶NiCoCr涂层（MSO5），其外层形成具有特定晶体取向关系的Cr₂O₃纳米弥散相，800℃等温氧化100h后完全消除了界面孔隙并抑制氧化皮起皱。其优异性能源于Cr₂O₃弥散相的“溶解-扩散-再生”过程抑制柯肯达尔孔隙形成，晶粒细化，高比例低角晶界（18%）降低形成连续氧化皮的临界Cr含量并加速Cr补充，以及双层结构通过内层异常晶粒生长实现应力耗散，为长寿命高温防护涂层开发提供了新策略。

MSO5涂层的TEM表征

【研究成果】

① 核心性能突破

经800℃等温氧化100h后，该涂层质量增益仅为0.15mg・cm⁻²，相较于电弧离子镀（AIP）和无掺杂磁控溅射（MS）涂层分别被降低73%和35%，远优于传统NiCrAlY系列涂层。900℃高温下仍保持致密氧化皮与无孔隙界面，展现宽温域防护能力。

三种涂层的晶界图及对应的IPF图

316L合金和三种涂层的氧化动力学和宏观形貌

316L合金和三种涂层在800°C氧化100小时后的横截面显微结构和相应的元素分布

在氧化温度为800℃下氧化20、50和100小时后，氧化皮和涂层界面处的微观结构（MS和MSO5）

② 关键问题双效抑制

该涂层解决了柯肯达尔孔隙问题，而MS、AIP涂层及316L基材界面中孔隙的平均尺寸分别达到了285nm、386nm和1800nm。此外，该涂层通过双层结构应力定向耗散，其界面始终平整，无氧化皮起皱或剥离。

在800°C氧化后，MS和MSO5涂层的EBSD表征和晶粒尺寸统计

③ 三重创新支撑

涂层外层氧掺杂细晶层和内层柱状层，形成功能分区。同时，外层生成了特定取向Cr₂O₃纳米弥散相，实现“溶解-扩散-再生”的动态补Cr。其晶粒细化、弥散相补Cr和内层异常晶粒生长三重协同，使涂层兼顾抗氧化性与界面稳定性。

MS和MSO5涂层在900℃氧化100小时的表面和截面形貌

【总结与展望】

该研究通过外层氧掺杂双层纳米晶设计制备的MSO5涂层，在800℃高温氧化中实现了界面孔隙消除与优异抗氧化性，为高温防护涂层提供了“相调控+结构设计”的新策略。未来可进一步深化机理研究并优化制备工艺，推动该技术在关键高温部件中的工程应用。