金属基体复合涂层的高温表现和抗氧化防护机制

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不锈钢是当前应用最广泛的耐蚀工程材料,不锈钢含有抗氧化元素Cr,可以在材料表面形成连续致密氧化膜,保持其高温下的使用性能。但是当温度高于900℃时,其表面的Cr2O3膜蒸发流失,基体暴露于氧化气氛中,不锈钢失去抗氧化能力。本课题针对不锈钢的高温氧化问题,用电弧喷涂方法在304N奥氏体不锈钢表面制备45CT/Al、45ct/Al-Si、45ct/Mo/Al复合涂层,对复合涂层试件进行1100℃,350h的连续氧化试验,考察它们的高温氧化表现,通过研究复合涂层的微观组织变化,探索其高温防护机制。实验结果表明:复合涂层可以很好地对基体金属进行保护;喷涂的45CT底层为防护体系提供足够的Cr元素,表面的Al涂层不但增加了涂层体系中的Al含量,还有助于提高复合涂层的自封孔能力。三种复合同层都可以保证涂层体系中足够的Al、Cr元素含量,在涂层外表面形成以Al2O3为主的氧化物防护层,阻止氧化介质的向内侵入;复合涂层下的基体金属中能够形成层状分布的AlN扩散阻挡层,延缓复合涂层体系中Al、Cr抗氧化元素的浓度减少,使复合涂层保持持久的高温氧化防护能力。三种涂层相比而言,45ct/AlSi涂层中,Si元素可以提高氧化膜的稳定性,45ct/Mo/Al涂层中,Mo是极难移动的元素,可以起到扩散障的作用,它们对基体的保护作用好于纯Al涂层,其涂层减薄小,基体中的扩散层发展缓慢。而45CT/Al涂层在氧化膜出现裂纹后愈合性较差。
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