45CT涂层抗高温氧化性能及机理.docx

涂层抗高温氧化性能及机理45CT曲彦平，王 剑( 沈阳工业大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳110178)［摘 要］ 涂层抗高温氧化性能及机理 45CT 曲彦平，王 剑 ( 沈阳工业大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110178) ［摘 要］ 为了研究 45CT 涂层与基体的结合情况、抗高温氧化性能及机理，通过电弧喷涂法制备了 45CT 涂层。 采用高温氧化试验、扫描电镜、X 射线衍射仪、金相显微镜等从其抗高温氧化性、微观结构及涂层和基体之间的过 渡层等方面与传统 Ni -Cr 涂层进行了对比。结果表明: 45CT 涂层的抗高温氧化性能优于传统的 Ni -Cr 涂层，主要 原因是其表面生成了均一致密的 Cr2 O3 膜; 涂层与基体之间形成了由 Ni -Cr -Fe，［Fe，Ni］和 Fe 相构成的过渡层，使 基体与涂层冶金结合，从而加强了涂层与基体的结合力。 ［关键词］ 电弧喷涂; 45CT 涂层; ［中图分类号］ TG174． 442 + ． 2 抗高温氧化性能; ［文献标识码］ A 机理; 结合力; 过渡层 ［文章编号］ 1001 － 1560( 2011) 12 － 0027 － 03 前 言 油，然后用 22 号刚玉砂对其表面进行喷砂，喷砂角度 90°，以增加基体与涂层的接触面积及结合力。 0 金属( 钢铁) 材质的设备在高温环境下工作，表面 暴露在空气中，容易氧化生成 FeO，Fe2 O3 ，Fe3 O4 等氧化 物。这些氧化物硬而脆，结构疏松，受外力会断裂、脱 落，氧分子可以透过金属氧化物与内部未氧化的基体 继续反应，使设备不能正常工作且寿命明显缩短。火 电厂中由此造成的锅炉设备( 水冷壁管道、省煤器管 道、过热器管道和再热器管道) 漏泄事故，占总事故的 60%以上［1］; 一些用于冶炼的金属反应釜的内外壁也 受到严重氧化。热喷涂层可以很好地解决这些问题， 目前对抗高温氧化涂层的研究大多是性能和机理分 析，而对涂层与基体结合方面的研究较少。 本工作采用高 Ni -Cr 丝材，即国产 45CT［2 ～ 5］，在 Q235 钢表面电弧喷涂 45CT 涂层，研究了其抗高温氧 化性能及机理，并与传统 Ni -Cr 涂层进行比较; 重点研 究了涂层与基体之间的结合情况，同时对过渡层的性 能也进行了研究。 1． 2 涂层的制备 电弧喷涂丝材选用 2 mm 的 45CT 和传统 Ni -Cr 合金。45CT 成分: 45%Cr，4%Ti，余量 Ni。传统 Ni -Cr 合金成分: 30% Cr，余量 Ni。电弧喷涂工艺参数: 电流 180 A，电压 35 V，空气压力 4 MPa，喷涂距离 190 mm， 喷涂角度 90°。 测试分析 将涂层剥离放入 CVD( G) ～ 07 /30 /1 型电阻炉中 加热至 900 ℃ 进行高温氧化试验，恒温下使剥离涂层 双面氧化，总时间为 60 h，每间隔 10 h 测量剥离涂层的 质量，计算其增重量，并绘制氧化动力学曲线。为方便 涂层剥离，在未经喷砂处理的基体上喷涂 45CT 涂层和 Ni -Cr 涂层。在相同条件下，对经喷砂处理并电弧喷涂 的 2 种涂层试样以及 Q235 钢基体进行高温氧化试验， 观察涂层和基体的结合情况。 用扫描电镜( SEM) 、X 射线衍射仪( XRD) 、金相显 微镜等对涂层的形貌、结构和成分进行分析，并观察涂 层与基体之间的结合情况。 1． 3 1 1． 1 试 验 基材前处理 基材选用 Q235 钢，尺寸为 70． 0 mm × 30． 0 mm × 高温氧化试验 高温氧化动力学性能 图 1 为 2 种涂层在 900 ℃ 下的氧化动力学曲线: 曲 2 2． 1 1． 4 mm，成分( 质量分数，下同) : 0． 180%C，2． 600%Si， 2． 700% Mn，0． 035% S，0． 035% P，余量 Fe。采用碱液 ( 30 g / L NaOH，40 g / L Na2 CO3 ，40 g / L Na3 PO4 ) 对其除 线符合抛物线方程，随着氧化时间的延长，氧化增重量 增加; 初期氧化增重较快，随后减慢，趋于平缓，氧化速 度降低，这表明涂层具有良好的抗高温氧化性能; 45CT 涂层增重比 Ni -Cr 涂层少，说明其抗高温氧化性能优于 ［收稿日期］ 2011 07 25 ［通信作者］ 王 剑( 1986 － ) ，硕士，主要从事材料表面强 化技术等方面的研究工作，电话: E -mail: ks2008top@ 163． com 28Ni -Cr 涂层。氧化试验后，2 种涂层表面没有起皮、开 裂、剥落，45CT 涂层表面发绿，而基体受外力作用时出 现了严重的层状剥落现