氧化物陶瓷涂层具有化学稳定性、耐高温性及抗积瘤性,且与大部分熔融金属不发生化学反应,表现出很好的耐腐蚀性。Xu 等使用HVOF 制备了Al2O3+TiO2 及锆酸镁涂层,耐熔融铝腐蚀实验(720 ℃)表明,两种涂层均具有良好的耐熔融铝腐蚀性能,但Al2O3+TiO2 涂层的脆性较大,结合强度低。相较于等离子喷涂Mo、W、Mo-30W、Co/WC 涂层,锆酸镁及Al2O3+TiO2 等陶瓷涂层更适合熔融铝环境下的防护。其他学者通过研究更加证实了这一结果。Li等使用等离子喷涂技术制备Al2O3+13%TiO2 氧化物陶瓷涂层,锌铝腐蚀实验(580 ℃)表明,涂层的寿命为6 d,失效原因主要是基体与工作层间的膨胀系数差异过大,导致结合界面处开裂。针对此问题,他们设计了NiCoCrAlY/Al2O3-13%TiO2 梯度涂层,耐锌铝腐蚀寿命提高到了9d,抗热震次数达到65 次,远高于Al2O3+13%TiO2 涂层的16次。由此可知,梯度结构能有效缓解热应力导致的涂层开裂、剥落,大大提高涂层的使用寿命。Dong 等采用等离子喷涂在钢基体表面制备了ZrO2-Ni/Al多层梯度涂层,过渡层采用ZrO2含量渐变(15wt.%~85wt.%)的ZrO2-Ni/Al涂层,工作层为ZrO2。结果表明,ZrO2-Ni/Al 梯度涂层耐熔融锌的寿命为28 d,而普通的ZrO2 涂层仅为7d。ZrO2-Ni/Al 过渡层降低了整体涂层的孔隙率及残余应力,延长了扩散过程,进而显著提高了涂层抗熔融金属腐蚀能力。
常用的氧化物陶瓷材料有Al2O3、TiO2和YSZ等,大多采用等离子喷涂的方法制备涂层,但是该类涂层存在以下缺点:1)涂层孔隙率高,为熔液提供了扩散通道,对涂层的耐腐蚀性产生不利影响;2)陶瓷涂层与金属基体间的热膨胀系数差异大,容易导致涂层开裂;3)陶瓷涂层较脆,在冲击作用下容易发生剥落。因此,如何合理地设计多层、梯度涂层结构,以及如何合理选用过渡层金属材料,是拓宽该类涂层应用的重点研究方向。
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