由于镍基超合金具有优异的热机械性能，它们被广泛用于热段部件，如燃气轮机中的涡轮叶片和翼型[1]。然而，这些部件在高温运行环境中会暴露在极端的氧化和腐蚀条件下，这会导致显著的高温降解，从而缩短其使用寿命和运行效率。在超合金表面施加MCrAlY涂层已被证明是一种有效的方法，可以提高部件在极端运行条件下的耐久性[2]。电子束物理气相沉积（EB-PVD）[3]和等离子喷涂（PS）[4]是两种常用的制备这些涂层的方法。通常，通过EB-PVD制备的MCrAlY涂层具有结构致密、成分可控以及与基材附着力优异的特点[5,6]。然而，EB-PVD的沉积速率较低，且设备和运行成本较高，这限制了其在工业生产中的应用，并使得制备较厚涂层变得困难。
相比之下，等离子喷涂技术由于具有沉积效率高、成本效益好和易于自动化等优点，已被广泛用于工业中沉积MCrAlY涂层[7]。等离子喷涂涂层是通过金属或陶瓷颗粒在高速下被等离子射流加热至完全熔融或半熔融状态后连续撞击和沉积在基材上形成的[8]。这些涂层通常表现出典型的层状微观结构，但存在一些缺陷，如结合力较弱或未结合的界面以及孔隙[9]。这些缺陷显著降低了涂层的各种性能[10,11]。此外，涂层与基材之间的界面结合质量对于确保有效的基材保护至关重要，需要足够强的附着力以防止涂层在运行条件下的剥落[12]。在沉积前对基材进行喷砂处理是一种标准的预处理方法，以提高等离子喷涂涂层的附着力。然而，对于广泛使用的镍基单晶超合金，喷砂处理会导致严重的塑性变形，从而在晶界/相界处促进难熔元素（如Re、W）的偏聚。这为拓扑密排（TCP）相的成核提供了场所和快速扩散路径，最终导致它们在表层大量析出[13,14]。因此，不进行喷砂处理而通过等离子喷涂在超合金上获得高附着力度的MCrAlY涂层是一个关键挑战，这对于延长高温部件的使用寿命至关重要。
提高飞溅物之间的界面结合率已被证明是增强等离子喷涂涂层附着力[15]和各种物理性能[16]的有效策略。有效的界面结合相当于化学结合或冶金结合的形成，从而确保飞溅物-基材以及飞溅物之间的界面无瑕疵。化学结合的形成可以通过基材表面原子与撞击液滴内的原子之间的原子扩散，或者通过激活的基材表面原子与熔融液滴原子的相互作用来实现，这是由移动原子的协调作用所促成的[4]。冶金结合可以通过高温熔融液滴撞击基材导致基材表面熔化来实现[17]。最近的研究表明，界面有效结合的形成与界面温度之间存在强相关性，表明后者在促进前者方面起着关键作用[18-19]。高的界面温度意味着界面处的原子或离子在微观层面上具有足够的热运动能力，可以迁移到相邻的原子位置并形成结合[20]。鉴于基材表面液滴与预先沉积的固体飞溅物之间的界面温度由喷射液滴温度和基材（或先前飞溅物）表面温度共同决定，并且在控制界面结合形成中起着关键作用，可以采用两种主要策略来加强界面结合。
一种有效的策略是提高沉积温度，即撞击前的基材表面温度，以优化液滴撞击过程中的界面结合。Sampath等人[21]和Hao等人[22]的报告表明，提高基材温度是提高陶瓷涂层附着力的一种有效方法。Yang等人[16]和Yao等人[18]发现，对于各种熔融陶瓷飞溅物材料，存在一个临界结合温度（Tc），当沉积温度高于Tc时，熔融飞溅物与基材之间会形成有效的结合。因此，一些系统研究[23,24]表明，控制沉积温度是提高等离子喷涂陶瓷涂层有效结合的有效方法。然而，这种策略不适用于金属涂层。先前的研究表明，当金属被预热到高温时，不可避免地会形成氧化层[25,26]，这会阻碍金属涂层与金属基材之间的直接界面接触，从而阻碍冶金结合的形成。另一种增强等离子喷涂金属涂层有效飞溅物间结合的有效策略是提高液滴撞击前的温度。预计当来自撞击熔融颗粒的热量在基材内部引起局部熔化时，飞溅物与基材之间的界面会发生冶金结合。S. Brossard等人[27]将NiCr合金粉末颗粒喷涂在奥氏体不锈钢基材上，发现基材发生了局部熔化，随后在飞溅物与基材之间形成了冶金结合。Wang等人[28]也表明，温度远高于基材熔点的熔融液滴的撞击会导致基材表面局部熔化，从而在基材与涂层界面形成冶金结合。Tian等人[29]提出了一种新型的壳核粉末，其中高熔点（Mo）的金属壳包裹在低熔点（Ni20Cr）的粉末颗粒上，显著提高了颗粒在等离子羽流中的温度。他们发现飞溅物与基材之间的界面存在熔化坑，这是基材内部局部熔化和随后形成冶金结合的迹象。通过屏蔽等离子喷涂喷涂的NiCr-Mo涂层表现出更致密的微观结构，并且附着力和内聚力明显增强，与传统NiCr涂层相比有了显著提高。
尽管可以通过大气等离子喷涂（APS）获得超高温金属液滴，但由于暴露在空气中，金属液滴不可避免地会被氧化。普遍认为，涂层中的氧化物会阻碍飞溅物之间的有效结合，并显著降低涂层性能[30,31,32]。高速氧燃料（HVOF）喷涂和冷喷涂（CS）被认为是抑制金属颗粒飞行过程中氧化的有效方法。研究表明，使用这些技术制备的金属涂层具有致密的微观结构和有限的氧化物夹杂物[33,34]。然而，这种通过提高颗粒速度和降低颗粒温度来沉积低氧化物涂层的策略与通过提高颗粒温度来增强飞溅物-基材界面或飞溅物间界面的冶金结合的理论相矛盾。此外，在APS过程中抑制金属液滴的氧化并在金属涂层内部实现飞溅物间界面的冶金结合也具有挑战性。我们最近的研究结果[35]表明，通过使用含碳的粉末作为脱氧元素，并将喷射颗粒温度提高到2007°C以上，可以使用APS沉积低氧含量和致密微观结构的MCrAlY涂层。这一研究结果使得生成无氧化层的MCrAlY液滴成为可能，并且可以在不进行喷砂预处理的情况下在镍基基材上制备高附着力度的NiCrAlY涂层。然而，飞溅物与基材之间的结合机制和实际结合强度尚不清楚。
因此，在本研究中，通过在抛光平整的超合金基材上沉积超高温且无表面氧化层的NiCrAlYC熔融液滴来研究附着力增强及其机制。使用含碳的NiCrAlY粉末通过APS生成了超高温熔融液滴，其温度达到了约2400°C[35]。附着力通过文献中报道的改进拉伸测试进行了测量[36]。使用聚焦离子束（FIB）制备了界面样品，并通过透射电子显微镜（TEM）技术分析了界面结合信息。分析了超合金基材与APS NiCrAlYC飞溅物之间的界面结合机制。
