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燃气轮机叶片用高温合金防护涂层通常需要兼顾两个方面的性能：一是须具有良好的抗高温氧化和热腐蚀性能，二是尽量避免涂层与基体的相互作用，如互扩散。通过改善上述两方面的性能，以提高涂层的长期使役寿命一直是研究者的重要目标。
本论文工作采用电镀和电弧离子镀的联合工艺分别制备了普通MCrAlY涂层C1、具有多层结构的梯度复合涂层C2和原位生成Cr基扩散阻挡层体系C3。研究了涂层的沉积工艺和形成该多层结构的机制，并对各亚层的成分、结构进行了表征。分析表明，退火态的C2涂层具有双层结构：外部富Al(以β-NiAl相为主，并含有少量的Cr3Si或α-NiCoCr相)，内部富Cr(β-NiAl、γ-Ni3Al和α-Cr等的混合相)。C3涂层则具有三层结构：外部以Al和Cr成分呈梯度分布构成梯度复合涂层(与C2类似)、涂层与基体界面处以α-Cr相为主形成扩散阻挡层。该Cr基扩散阻挡层是由沉积态的Ni-Re镀层在退火过程中原位转变而来，主要与外部的AlSiY层和MCrAlY层发生扩散型相变引起Cr、Co等原子内扩散有关。
对比研究了C1涂层和梯度复合C2涂层在1150℃氧化后的氧化膜结构以及高温氧化性能(恒温和循环氧化)。结果显示，C1涂层表面在氧化初期形成了单一的α-Al2O3膜，但随着氧化时间的延长，表面氧化膜转变为非保护性的NiCr2O4尖晶石和α-(Al，Cr)2O3的混合物，氧化膜内部含有大量的孔洞，且氧化物有向内生长的趋势，导致涂层内部退化也非常严重，厚度大为减少，趋于失效。C2涂层的表面氧化膜结构在整个实验期间基本没有变化，氧化初期即形成双层结构：外部以粗大的NiAl2O4尖晶石和细小的α-Al2O3组成混合氧化层，内部是单一的α-Al2O3层。表面氧化膜的剥落区域很快会被新形成的α-Al2O3膜覆盖；涂层内部的退化以Al的损耗为主，氧化结束时仍含有约19 at.％的Al。
研究了C2涂层在真空退火条件下涂层/基体互扩散对涂层退化的影响以及原位生成Cr基扩散阻挡层在长期氧化过程中对Al内扩散的抑制作用。同时，比较了C2和C3涂层在1000-1150℃范围的恒温和循环氧化性能差异。结果表明，在低氧压下表面氧化不占主导因素时，互扩散也会造成涂层的迅速退化；在涂层/基体界面处添加Cr基扩散阻挡层时，可以在较长时间内显著地抑制Al内扩散；由于C2和C3涂层对应的各亚层具有不同的成分(主要为有益微量元素含量)，并且Cr基扩散阻挡层减缓了C3涂层的退化速度，因此，后者具有更为优异的长期氧化性能。
研究了C1、C2和C3涂层在700和900℃下(Na2SO4+K2SO4)和(Na2SO4+NaCl)两种混合盐体系中的热腐蚀性能和腐蚀机制。腐蚀动力学曲线和结构分析表明，C3涂层的热腐蚀性能最好，C2涂层次之，C1涂层最差。在Na2SO4+K2SO4体系下，C1涂层表面非保护性的混合氧化膜造成涂层在热腐蚀期间的内硫化和内氧化，加速涂层的退化。C2和C3涂层在热腐蚀孕育期表现略有不同，但由于都含有外部的富Al层，因此，长期热腐蚀时性能趋于一致。对Na2SO4+NaCl体系而言，提高温度会明显地加速涂层的退化，但不会改变热腐蚀机制。700℃时，C1涂层中大量的抗氧化性元素Cr会在表面形成具有很好保护作用的Cr2O3膜；当温度提高到900℃时，氧化膜以下会有内生的α-Al2O3形成，并向内延伸钉扎在涂层内部，造成涂层的快速退化。C2和C3涂层表面均为连续的α-Al2O3膜，动力学曲线表现为长期处于稳定阶段；外部富Al层在Cl2和SO3的交替作用下会产生大量均匀分布的熔化孔洞，长期热腐蚀时在这些孔洞位置形成了内硫化物和内氧化物，从而加速涂层的退化。