高温氧化热喷涂防护涂层的制备与防护机制研究
沈巍巍
中国知网
摘 要
钢铁材料具有极高的性价比，是当前应用最为广泛的工程结构材料。但是，在高温环境下，钢铁材料制造的设备或部件会因为高温氧化或热腐蚀问题，而过早地损坏失效。针对钢铁材料的高温氧化问题，本文通过采用电弧喷涂技术在钢铁部件表面制备金属基复合涂层，来提高钢铁材料的抗高温氧化性能，延长其使用寿命。通过对复合涂层的组织结构分析、优化了复合涂层的结构设计方案，并在此基础上，探讨了热喷涂复合涂层的高温防护机制。
应用电弧喷涂技术分别在低碳钢基体表面制备了铁铬铝、硅铝合金和纯铝合金涂层及其组合而成的复合涂层，并采用了多种后处理方法封闭涂层孔隙。借助于扫描电镜（SEM）和 X 射线衍射分析发现，在 900℃加热条件下，复合涂层中的铝硅层已经发生熔化，其中一部分扩散进入内部涂层，增加了铁铬铝层中的铝元素含量，封闭铁铬铝层中的孔隙，从而减缓氧化进程。900℃加热 3 小时后，铝硅涂层向铁铬铝涂层扩散形成的渗层厚度约为 0.4mm。FeCrAl 内涂层合金元素扩散进入基体，形成的 Cr扩散层深度为 20μm-25μm。在铁铬铝涂层和基体结合处形成过渡层，增加了涂层与基体间的结合强度。高温加热过程中铁铬铝涂层与低碳钢结合方式由机械结合为主转变为冶金结合。随加热时间的延长，在涂层/基体界面处原位生成的氧化物带逐渐增加，200 小时后氧化物带厚度为 10μm-20μm。氧化物层有效地阻止了合金元素的互扩散过程，有助于维持复合涂层中抗氧化合金元素的有效浓度含量，同时增加了涂层与基体金属结合的可靠性。
通过高温氧化实验，热喷涂复合涂层显著地提高了钢铁基体的抗高温氧化性能，长达 2400h 海绵钛实际生产环境挂片试验结果证明了复合涂层的有效抗氧化防护性能，为此工艺的实际应用提供有价值的参考。
关键词：电弧喷涂，复合涂层，高温防护，海绵钛
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