高温防护涂层与单晶高温合金界面互扩散行为研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2025.33203

材料工程与机械制造

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高温防护涂层与单晶高温合金界面互扩散行为研究进展

杨姗洁¹^,², 郭谦³^,⁴, 曾强¹^,², 彭徽³^,⁴, 郭洪波³^,⁴()

^1.北京钢研高纳科技股份有限公司，北京 100081
^2.钢铁研究总院有限公司高温材料研究所，北京 100081
^3.北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京 100191
^4.轻质高温/超高温结构材料与涂层技术工信部重点实验室，北京 100191

收稿日期:2025-12-05 修回日期:2025-12-18 接受日期:2025-12-24 出版日期:2026-02-04 发布日期:2026-02-03
通讯作者: 郭洪波 E-mail:guo.hongbo@buaa.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U21B2052)

Research progress on interdiffusion behavior at interface between high-temperature protective coatings and single-crystal superalloys

Shanjie YANG¹^,², Qian GUO³^,⁴, Qiang ZENG¹^,², Hui PENG³^,⁴, Hongbo GUO³^,⁴()

^1.Gaona Aero Material Co. ，Ltd. ，Beijing 100081，China
^2.High Temperature Materials Research Institute，China Iron and Steel Research Institute，Beijing 100081，China
^3.School of Materials Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China
^4.Key Laboratory of High-temperature Structural Materials & Coatings Technology （Ministry of Industry and Information Technology），Beijing 100191，China

Received:2025-12-05 Revised:2025-12-18 Accepted:2025-12-24 Online:2026-02-04 Published:2026-02-03
Contact: Hongbo GUO E-mail:guo.hongbo@buaa.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U21B2052)

摘要/Abstract

摘要：

高温防护涂层与单晶高温合金界面互扩散行为是影响航空发动机涡轮叶片服役寿命与可靠性的关键问题。随着航空发动机涡轮进口温度的不断提升，涂层与单晶高温合金间的元素互扩散问题愈加严峻。系统综述了涂层/单晶高温合金体系的互扩散过程，明确了互扩散区（IDZ）、基材扩散区（SDZ）和二次反应区（SRZ）的形成机制；从单晶高温合金成分、晶体取向、热-力耦合环境、薄壁效应等角度探讨了涂层/单晶高温合金互扩散行为和力学性能的影响因素及规律。同时讨论了各类涂层/单晶高温合金界面调控方法的研究进展及存在问题，并提出了涂层的设计思路和未来发展方向展望。

关键词: 高温防护涂层, 单晶高温合金, 元素互扩散, 互扩散区（IDZ）, 基材扩散区（SDZ）, 二次反应区（SRZ）, 阻扩散涂层

Abstract:

Interdiffusion behavior at the interface between high-temperature protective coatings and single-crystal superalloys is a critical issue affecting the service life and reliability of aircraft engine turbine blades. With the continuous increase in turbine inlet temperatures of aircraft engines， the elemental interdiffusion between coatings and single-crystal superalloys has become particularly serious. This article systematically reviews the interdiffusion process between high-temperature protective coating and single-crystal superalloys systems， clarifying the formation mechanisms of the Interdiffusion Zone （IDZ）， Substrate Diffusion Zone （SDZ）， and Secondary Reaction Zone （SRZ）. The influencing factors and laws of the interdiffusion behavior and mechanical properties of coatings/single-crystal superalloys are explored from the perspectives of single-crystal composition， orientation， thermal-mechanical coupling environment， and thin-wall effect of single-crystal superalloys. Additionally， this work reviews recent research advances and identifies persistent challenges associated with interface control methodologies for diverse coating systems and single-crystal superalloys， and proposes targeted design strategies along with prospective directions for future development.

Key words: high-temperature protective coatings, single-crystal superalloys, interdiffusion behavior, Interdiffusion Zone (IDZ), Substrate Diffusion Zone (SDZ), Secondary Reaction Zone (SRZ), diffusion resistant coating

中图分类号:

杨姗洁, 郭谦, 曾强, 彭徽, 郭洪波. 高温防护涂层与单晶高温合金界面互扩散行为研究进展[J]. 航空学报, 2026, 47(14): 433203.

Shanjie YANG, Qian GUO, Qiang ZENG, Hui PENG, Hongbo GUO. Research progress on interdiffusion behavior at interface between high-temperature protective coatings and single-crystal superalloys[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(14): 433203.

图/表 6

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高温防护涂层与单晶高温合金界面互扩散行为研究进展

Research progress on interdiffusion behavior at interface between high-temperature protective coatings and single-crystal superalloys

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