Fe/Cr涂层抗高温氧化性能研究

采用电弧喷涂技术,用Fe/Cr粉芯丝材制备出新型的耐高温抗氧化涂层.使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析仪器研究了Fe/Cr涂层的抗高温氧化性、高温氧化动力学及其微观结构,并与传统的NiCr合金涂层进行了对比.试验结果表明:该涂层的抗高温氧化性能较好,与传统的NiCr合金涂层相比具有一定的优势;表面生成均一致密的Cr2O3膜是其抗高温氧化性能优异的主要原因.     

纳米TiC对高速电弧喷涂FeNiTi/Cr3C2涂层组织与性能的影响

研制适用于火电厂超临界锅炉管道抗高温冲蚀的FeNiTi/Cr3C2高速电弧喷涂材料,研究了纳米TiC对于高速电弧喷涂层组织与性能的影响。结果表明:FeNiTi/Cr3C2涂层基体相结构为含Cr、Ti元素的Fe-Ni基固溶体;添加纳米TiC可以明显提高涂层的硬度、内聚强度和结合强度;涂层表现出了良好的抗热腐蚀性能,腐蚀时间超过50h,达到20钢的15倍;添加纳米TiC的FeNiTi/Cr3C2涂层具有优良的抗高温冲蚀性能。     

建筑工程用20钢表面电弧喷涂涂层的耐蚀性能研究

采用电弧喷涂方法在20钢表面制备Fe Cr Ni BSi Mo和Fe Cr Ni Nb BSi Mo涂层,研究其微观组织和耐腐蚀性能。结果表明,电弧喷涂20钢表面Fe Cr Ni Nb BSi Mo涂层是由金属相、氧化物以及孔隙组成的,其抗高温氧化性能优于Fe Cr Ni BSi Mo涂层。     

高速电弧喷涂FeMnCrAl/Cr3C2涂层的组织及抗高温氧化性能

使用高速电弧喷涂技术在20钢样品表面制备了FeMnCrAl/Cr3C2涂层,采用光学显微镜、场发射扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法,对FeMnCrAl/Cr3C2涂层的显微组织和抗高温氧化性能进行了研究,并与电弧喷涂FeMnCr/Cr3C2涂层、316L不锈钢涂层和20 钢做了对比试验.研究结果表明:三种涂层增重均明显低于20 钢;FeMnCrAl/Cr3C2涂层氧化增重约为FeMnCr/Cr3C2涂层的1/3,略高于316L不锈钢涂层,FeMnCrAl/Cr3C2涂层氧化后表面生成具有保护性的、致密的含Al氧化膜和Cr与Fe的复合氧化物,阻碍了涂层进一步氧化,但存在不均匀性,原因是电弧喷涂层成分的微观不均匀性和涂层中存在孔隙.     

高速电弧喷涂FeNiCrAl/Cr_3C_2涂层的高温氧化性能和氧化机理

选用两种不同外皮的Fe Ni Cr Al/Cr3C2金属陶瓷粉芯丝材,采用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备涂层.采用增重法研究Fe Ni Cr Al/Cr3C2涂层在750℃时的氧化动力学曲线,利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究涂层的显微组织结构和氧化产物,分析涂层在750℃时的抗高温氧化性能和氧化机理.结果表明,Fe NiCr Al/Cr3C2涂层的氧化动力学曲线呈抛物线型,涂层的增重明显低于20G钢,并且以304不锈钢为外皮的涂层的抗高温氧化性能明显优于以430不锈钢为外皮的涂层;涂层氧化后表面生成致密的氧化膜,阻塞氧的扩散通道,抑制氧化,起到保护作用.     

高速火焰喷涂Fe-Al/Cr3C2复合涂层抗高温腐蚀性能研究

利用高速火焰喷涂方法,选用自主研发的Fe-Al/Cr3C2喷涂粉材,在20钢基体上制备Fe-Al/Cr3C2复合涂层。研究了复合涂层在650℃的抗高温腐蚀性能。采用SEM,XRD,EDS等先进测试手段分析了复合涂层的抗高温腐蚀机理。结果表明：Fe-Al/Cr3C2复合涂层在650℃的抗高温腐蚀性能明显优于基体20钢,并且优于Fe-Al涂层,其腐蚀动力学曲线呈抛物线变化;复合涂层经腐蚀后,内层生成的致密Al2O3及Cr2O3阻止了高温腐蚀的进一步深入。现场应用表明,Fe-Al/Cr3C2复合涂层具有广泛的应用前景。     

高速电弧喷涂铁基Cr3C2复合涂层组织及磨损特性的研究

采用高速电弧喷涂技术将自制的铁基Cr3C2型粉芯丝材制备成复合涂层,并对涂层的组织结构、力学性能及高温冲蚀磨损特性进行了研究.结果表明,该涂层组织致密,颗粒扁平细小,主要由α-Fe固溶体、(Fe,Cr)23C6、(Fe,Cr)7C3及少量FeCr2O4等氧化物相构成;涂层具有较高的结合强度和硬度、较低的孔隙率及优良的抗热震性能;铁基Cr3C2复合涂层的冲蚀磨损行为介于塑性与脆性冲蚀之间,其冲蚀机理以塑性冲蚀为主,在650℃高温环境下,涂层的抗冲蚀磨损性能高于20g钢,表现出良好的抗高温冲蚀抗力,能够解决循环流化床锅炉受热面的高温磨损问题.     

温度对高速电弧喷涂FeNiBSi/Cr_3C_2复合涂层热腐蚀性能的影响

采用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备出Fe Ni BSi/Cr3C2复合涂层.采用光学显微镜和扫描电镜分析涂层的显微结构,以及X射线衍射分析涂层相组成.试验选用摩尔比为7∶3的Na2SO4+K2SO4饱和水溶液为腐蚀介质涂刷于试样表面,并以20G钢作对比材料,在550~750℃下研究了涂层的抗热腐蚀性能.结果表明,涂层具有典型的层状结构特征,致密且连续.涂层的抗热腐蚀性能明显优于20G钢.在550和650℃下涂层表面形成了致密的氧化膜(Fe2O3,Cr2O3和Fe Cr2O4)阻碍了熔盐的侵入,提高了涂层抗热腐蚀性能.在750℃下涂层氧化膜变得不完整,不能有效地阻隔熔盐,此时涂层的抗热腐蚀性能较差.     

Cr3C2-NiCr涂层的高温抗氧化和热耐腐蚀性

采用大气等离子喷涂技术制备Cr3C2-NiCr复合涂层,并对制备的Cr3C2-NiCr涂层试样进行800 ℃×100 h氧化和熔盐（Na2SO4+25 wt%NaCl）热腐蚀试验。利用X射线衍射仪（XRD）和带能谱的扫描电镜(SEM/EDX)分析氧化、腐蚀涂层表面和截面的成分及结构变化,探讨其高温氧化、腐蚀机理。结果表明：等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层具有层状组织结构,喷涂过程中无明显相分解或氧化。高温氧化后的Cr3C2-NiCr涂层表面及层片界面形成了连续、致密的Cr2O3保护膜,涂层表现出优异的抗高温氧化性能。在热腐蚀过程中,腐蚀盐破坏了涂层表面及层片界面形成的氧化膜,腐蚀性元素沿着涂层中的孔洞及层片界面扩散到涂层内部,涂层发生“活化氧化”,耐腐蚀性较差。     

热喷涂FeCrBSiNbW涂层结构演变及空蚀性能

利用高速电弧喷涂技术成功制备了FeCrBSiNbW非晶纳米晶涂层,系统研究了不同热处理温度下,高速电弧喷涂FeCrBSiNbW非晶纳米晶涂层组织结构的演变规律。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对涂层的组织结构进行了表征,在磁致伸缩汽蚀仪上采用失重分析法对不同热处理工艺下涂层的抗空蚀性能进行了研究,探讨涂层的空蚀破坏机理。结果表明：随着热处理温度的升高,涂层中非晶含量逐渐降低,当热处理温度高于550 ℃时,涂层中由单一的α(Fe,Cr)相转变为α(Fe,Cr)+ Fe3B相。涂层中α (Fe,Cr)晶粒尺寸随着热处理温度的升高逐渐增大,显微硬度也随之升高。空蚀实验结果表明,电弧喷涂FeCrBSiNbW非晶纳米晶涂层的抗空蚀性能随着非晶含量的降低而下降, 喷涂态涂层累积空蚀失重量最小,650 ℃热处理后涂层经180 min空蚀试验累积失重量最大,达到56.8 mg;涂层的失效模式主要为脆性剥落机制。     

Ultrafine Particulate Dispersed High-Temperature Coatings by Hybrid Spray Process

Oxide dispersion strengthened alloys (ODS), although not commonly used in coating applications, have long been used for high-temperature structural applications due to their superior creep properties. In this paper, we present the design, synthesis, and characterization of a new class of functionally engineered high-temperature coatings in which ultrafine oxide particulates are dispersed in the matrix alloy to achieve superior creep resistance along with improved high-temperature corrosion and erosion resistance. These coatings were fabricated using a novel technique called “hybrid spray process”. Hybrid spray technique combines arc spray and high-velocity oxy fuel (HVOF) spray processes; the metallic matrix alloys are fused by the wire arcing component of the process, whereas the ultrafine particles are synthesized in-flight by the HVOF component from liquid precursors. These particulate dispersed high-temperature composite coatings were fabricated using liquid precursors for SiO₂, Cr₂O₃, Al₂O₃, and wire feed stock of 55/45 NiCr, in one step. The coatings were then characterized using electron microscopy (SEM/TEM) and thermogravimetric analysis (TGA). High-temperature erosion, oxidation, and corrosion performance of these coatings were also evaluated and compared with 304 stainless steel, arc sprayed NiCr coatings as well as Alloy 625 overlay cladding. The hybrid spray process produced dense coatings with uniform dispersion of the ultrafine oxide particles. Further, these coatings also demonstrated superior corrosion, erosion, and oxidation resistance; SiO₂ particulate dispersion being most effective in terms of high-temperature corrosion resistance.     

高速电弧喷涂FeMnCrAl/Cr3 C2涂层热腐蚀行为

用高速电弧喷涂技术和自行研发的FeMnCrAl/Cr3C2粉芯丝材,在20钢样品表面制备了FeMnCrAl/Cr3C2涂层,采用光学显微镜、场发射扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法,对FeMnCrAl/Cr3C2涂层的显微组织和热腐蚀行为进行了研究,并与20钢做了对比试验研究.结果表明:FeMnCrAl/Cr3C2涂层主要由固溶相的凝片叠加组成,中间夹杂着氧化物相、未熔颗粒相和孔隙;FeMnCrAl/Cr3C2涂层抗热腐蚀性能明显优于20钢基体,热腐蚀增重约为20钢的1/3-1/4,涂层抗腐蚀性能提高的原因主要是:涂层热腐蚀后表面生成具有保护性的、致密的含Al、Cr氧化物和Cr与Fe的复合氧化物,阻碍了涂层进一步腐蚀.     

粉芯丝材电弧喷涂层高温腐蚀行为

采用电弧喷涂技术，在20钢表面分别使用JCW-B，3Cr13和CrB3种丝材制备涂层。进行了高温氧化试验，并绘制了氧化动力学曲线。结果表明，3种涂层都可以起到保护基体，减缓腐蚀的作用。特别是使用了封孔剂，大大提高了涂层的密封程度，阻止腐蚀气体向基体侵入，提高了涂层的保护能力。其中，CrB涂层的抗热腐蚀性能与3Cr13相似，而优于JCW-B涂层。涂层中存在的CrC、CrO2、Fe2B、CrB等陶瓷相物质有较高的热稳定性，可以较好的保护基体，减缓腐蚀。     

高速电弧喷涂不锈钢涂层的旋转回归试验研究

对比研究了３Ｃｒ１３不锈钢高速电弧喷涂涂层和普通电弧喷涂层的孔隙率、氧化物含量、涂层结合强度和滑动磨损性能,并采用多因素正交旋转回归设计和单因素对比试验的方法了高速电弧涂工艺参数对３Ｃｒ１３不钢涂层显微硬度的影响,用微机回归得到了喷涂工艺参数与涂层硬度之间的定量关系式。结果表明,和普通电弧喷涂涂层相比,高速电弧喷涂涂层组织致密、孔隙度低、涂层氧化物含量增多,涂层－基体界面结合强度大于４０ＭＰａ,比     

Arc spraying in China

Although are spraying is not a new technique, recent development of arc spraying device systems, spray wires, research on the coating mechanism, and the dynamic behavior of spraying make it a most active thermal spray process. In China, the arc spraying technique is the most efficient way for long life corrosion protection of steel structures. In addition, the arc spraying process is widely used for renovation and surface modification of machine components, mold making for plastic products, high-temperature corrosion resistance for waterwalls of boilers, antisliding coatings, self-lubricating coatings, etc.     

电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层耐腐蚀性能研究进展

通过在钢基体表面制备涂层可以很好地延长钢铁材料的服役时间,减少因腐蚀造成的重大事故和人员伤亡。相较于传统的纯Zn涂层、纯Al涂层以及Zn-Al合金涂层,Zn-Al伪合金涂层能够为基体材料提供长久有效的腐蚀防护,在钢铁材料的腐蚀防护中具有巨大的应用潜力。简述了Zn-Al伪合金涂层电弧喷涂制备工艺的特点;介绍了Zn、Al、Zn-Al合金及Zn-Al伪合金涂层在模拟海洋环境下的腐蚀防护原理;在此基础上从组分、喷涂工艺参数(喷涂距离、喷涂电流和喷涂电压)、元素掺杂(Mg、Si及Re)及后处理工艺(封孔、激光重熔)等角度,论述了其对Zn-Al伪合金涂层耐蚀性的影响;讨论了Zn-Al伪合金涂层防腐体系在桥梁、海洋钢结构件、地下运输管道中的应用现状;最后总结了目前研究工作中存在的挑战,提出了电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层尚需深入研究的重点问题,为提高钢铁材料使用寿命提供了参考。     

磁控溅射制备的Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层耐腐蚀性能对比研究

目的比较Cr/CrN/CrAlN涂层和Cr/CrN交替涂层的耐腐蚀性能。方法利用电化学极化曲线、阻抗谱和中性盐雾试验进行测量,结合扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征微观形貌,分析两种涂层耐腐蚀性能的差异。同时,为研究涂层在服役中的损伤工况,分析了预制划痕对Cr/CrN/CrAlN涂层耐腐蚀性能的影响。结果Cr/CrN/CrAlN涂层的自腐蚀电流密度较Cr/CrN交替涂层和TC4基体低2个数量级,腐蚀速率较小。无损伤的Cr/CrN/CrAlN涂层的极化电阻Rp为868.7 kΩ·cm^2,预制1条损伤划痕涂层的极化电阻为792.0 kΩ·cm^2,而带有5条损伤划痕涂层的极化电阻Rp仅为77.2 kΩ·cm^2,减小至原始涂层的8%。Cr/CrN/CrAlN涂层经288 h连续盐雾腐蚀后增重仅为0.1 mg/cm^2,远小于CrN涂层和TC4基体,且增重速率趋于平缓。CrN涂层在连续盐雾腐蚀24 h后,腐蚀增重速率明显增加。结论由于Cr/CrN/CrAlN涂层结构增加了微裂纹和位错运动的界面阻塞,避免孔隙的连通,阻碍了腐蚀介质进入基体,因此涂层的耐腐蚀性能提高。对于表面预制划痕的Cr/CrN/CrAlN涂层,首先发生涂层的局部腐蚀,通过阴极极化加速后,腐蚀凹坑延伸到涂层/基体界面,加剧涂层的局部剥离。     

高速电弧喷涂Fe3Al/WC复合涂层高温冲蚀行为研究

采用自行研制的新型热喷涂Fe3Al/WC复合合金粉芯丝材,成功地用高速电弧喷技术制备出了Fe3Al金属化合物基金属陶瓷复合涂层。对涂层成分、显微组织、涂层相结构和组成进行了分析,结果表明,涂层由以Fe-26Al为主的Fe3Al基体相与约20%的WC、W2C和 a-Al2O3相组成。对比研究了Fe3Al/WC涂层和电站锅炉钢20 g从室温至650 ℃氧化环境条件下不同攻角的高温冲蚀磨损性能,结果表明Fe3Al/WC涂层的高温冲蚀磨损抗力高于20 g钢,650 ℃和30°攻角下的稳态相对冲蚀磨损抗力为20 g钢的3.14倍。温度对Fe3Al/WC涂层的冲蚀行为有较大影响：温度 < 450℃,涂层的冲蚀率变化不大,表现出塑性材料的冲蚀行为;温度 >450 ℃,涂层冲蚀率变化较大,呈现典型的脆性材料冲蚀磨损行为。并对其高温冲蚀磨损机理进行了分析。     

负向电压对海洋平台铝合金钻探管表面微弧氧化膜组织和耐蚀性影响

目的 提高海洋平台铝合金钻探管的耐腐蚀性能.方法 采用微弧氧化技术,在海洋平台钻探管用2 A12铝合金表面制备氧化铝陶瓷膜.通过盐雾试验,研究负向电压对微弧氧化膜耐腐蚀性的影响,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对微弧氧化膜的微观形貌、组织结构进行分析.结果 在微弧氧化处理过程中,随着负电压的升高,微弧氧化膜表面的孔径先增大后减小,膜表面变光滑.在一定负电压范围内,Al2 O3相的含量随负电压的升高先增加,当负电压达到一极限值后,Al2 O3相随负电压的升高而减少.负电压的增大能提高微弧氧化膜的耐腐蚀性,当负电压由8 V升高至24 V时,腐蚀速率由0.00568 g/(dm2·h)降低至0.00028 g/(dm2·h),前者是后者的20倍;当负电压为4 V时,部分膜层剥落,腐蚀严重;当负电压增至24 V时,有效延缓了微弧氧化膜的腐蚀程度.结论 在微弧氧化处理过程中,负电压对微弧氧化膜的制备有较大影响,增大负电压能有效提高微弧氧化膜的耐腐蚀性,此外基体本身所含的Fe、S等杂质是影响微弧氧化膜的主要因素.     

工艺参数对高速电弧喷涂Al/1Cr13复合涂层组织结构的影响

用高速电弧喷涂制备Al/1Cr13复合涂层,采用3因素3水平正交试验法系统研究了电弧电流、电弧电压和喷涂距离对复合涂层的组织结构、孔隙率和氧含量的影响规律。采用扫描电镜对复合涂层的显微组织和孔隙率进行表征,采用氧氮含量分析仪测得涂层的氧含量。结果表明,在第9组喷涂参数即电弧电流为240A,电压为32V,喷涂距离为150mm的条件下制备的高速电弧喷涂Al/1Cr13复合涂层组织较致密,Al和1Cr13涂层的孔隙率最低分别为1.6%和2.2%。Al涂层氧含量显著低于1Cr13涂层,最低约为2%。