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1、T91钢超音速电弧喷涂45CT涂层在90%Ar+10%H20气氛中的循环氧化行为刘光明S汪海云I.黄蜜田继红S杜桶；(1 南口航空大学无损检测技术教育部車点实验室，南昌330063；2.中国兵器工业第五九研究所，蛍庆400039)摘 要 采用趨音速电弧喷涂方法在T9J钢上制备了 45CT涂层研究了样品在800 和850 P的90% Ar+10%H?O气氛中的循环氧化行为利用XRD和SEM/EDS分析了涂层氧化前后的表而成分和结构。结果 表明：氧化后表面的氣化物主要由Cr2O3,NiCr2O4及NiO组成.850 I氧化后的表面氧化物还含有Fe2O3；45CT 涂展在800匸下表现出良好的抗氣化
2、性能而在850 X?氧化时涂层出现裂纹Fe通过裂纹快速向外扩散，导致 涂层在氧化过稚中失故。关纔词45CT涂层 水慕气$循环氧化中图分类号TG174.442文献标识码A文草编号1001-3660(2011)03-0001-04The Cyclic Oxidation Behavior of Supersonic Arc Sprayed 45CT Coatingon T91 Steel in 90%Ar+10%H20LIUGuang-ming1. WANG Hai-yun1, HUANG Mi TIAN Ji-hongl, DV Nan1(1 Key Laboratory of Nondestr
3、uctive Testing. Ministry of Education9 Nanchang Hangkong University Nanchang 330063 China； 2. No. 59 Institute of China Ordnance Industry* Chongqing 400039 China) Abstract 45CT coating was prepared on T91 steel by supersonic arc spraying process The cyclic oxidation tests of the coated samples were
4、conducted in 90% Ar+10% H】O atmosphere at 8009 and 850*C respectively. The morphology microstructures and composition of the coating and oxide scales were examined by XRD and SEM/EDS. It is shown that after oxidation at 800V the oxides formed on the coated samples are mainly composed of Cr2 O NiCr:O
5、 0. 06%. N 0. 03%. Ni不奇于0IO%Fc余域，涂层材料为 45CT丝材.主耍化学成分为：Cr 43%45%Ti 0.3%0.8%Ni 余hL喷涂采用TLAS400C超音速喷涂设备工艺参 数为：喷涂电压40 V喷涂电流100 A喷涂距离200 mm雾化用力0. 50-0. 60 MPa送丝速度3.0 in/ min.涂Z2厚度约为04mm。1.2循环氣化实验値化动力学实聆在密封骨式炉中进行该设备带 一台水蒸气发生装百可以控制气.氛中水蒸Y的相对 含虽.所采用的氧化气氛为90% Ar +)0%H?O(体 积分数全文同)氣化谢度分别为800 和50 X： t样品丫E水蒸气代梨中逬
6、行循环氣化实強的方法如 下*先将席式炉抽直空线丘充入90%八r+10% H的混合久体实脸过稈中保持气体浪愤为0.15 mE/min升沿至设定的氧化温度后将样品胜于管 式炉体的恒温区内样品开始辄化.样胡在炉中氧化 10 h取出于空气中冷却10 min为I个循环毎个 循环开始时均XifiWA空再充人氣化混合U体实 验共进行17个循环.毎个循环结束后对样品逬行称 址获彳9循环轨化动力学曲线1.3测试分析涂层样品制备好总釆用金相检杏法测械涂绘的 孔隙率循环氧化实验怕麻采用XRD和SEM/EDS 对氧化物的成分、结构和形貌进行分析.2结果与讨论2.1 45CT涂层分析图1为45CT涂H样品的X射线衍射图
7、诰.XRI) 分析表明涂展表血左要为NiCr同吋含有少fit Ni(). Cg 及NiCg.这是由于热喷涂过程中的氣化所 致图2给出了涂层样胡的微观形烧及EDS能谐图 从图2a可題涂层表面存任微孔并分布若一些球状 额粒能谐分析衣明.球状耗粒由Cr和()尤索组成， 国2b也显示涂肚中存在一定孔皱测得孔啟率为 2. 08% 涂从内部主或由暗灰色和和亮灰色两相组成. 图2和d的EDS修瞬表明两者均由Ni和Cr组成.暗灰色条状物主耍为富G相而亮灰色带状物左要为富 Ni Ni(ZO4 a NiO* 3 NiCr10 20一30 70 WT 9029IC)ffl 1 tSCT涂从样品的XRI) rawFi
8、g. I XRD paltern of 45(*T coaling sample图2涂於样品的形規及EDSttiMFig. 2 Morphologies and EDSenergy spvctrum 3pctra uf cxKiinig amplc2.2 45CT涂层的循环氣化行为2.2.1氯化动力学分析图3为T91裸钢试样及涂层样品的循环氧化动 力学曲线。在800 f U化l70h涂层样品的增亚 仅为 3.27 mg/cm:.而 TH 裸钢增血 17. 89 mg/cm:. 涂层样品表现出良好的抗水蒸气幅蚀件能此外涂 広样品住850 I下氧化的前40 h瓦増重与在800 V 下的增喷茎别不大
9、而10 h灯的增暇则明比增人表第JO卷 第3期 2011年6月Vol. 40 No. 3 Jun. 2011表面技术SURFACE TECHNOLOGY鳥2X2420叫|2比 4 -” ul XE 二 Ms明任830 X氣化的初期和后期氛化机理发生r变化T9I/K5O /TVMKOO 1：/ 一厶一/ J5CI78SOq； ”I.4507X00 1：一 -厶20 40 60 0 100 120 144) 160 1X0罠化时何/h图3 T91裸钢及涂肚样胡的幅化动力学曲浅Fig. 3 OxidAtion kinetics curve ofT91 sv4 and voating sanipks2
10、.2.2腐烛产物分析图I为丁9】裸钢试样及涂层样品循环氣化实強 结束后的XRI）图i件,町见在800 I循环氣化肓涂 层衣面的氧化物主要（fl NiO.CrO及NiCrO.组成* 此外涂层表而测出较强的M衍射峰说明此时涂展 丧面的氧化膜较簿当氣化温度升応至師0 I时.涂 层表而金屈的衍射峰滋度减*i 而Cr?（） 由丁热喷涂涂层较耳X R D不可能探测到瑪体覧化 物因此在样品丧面洌到Fc（）说明在循环包化过卑 中 Ft通过某种途径快速扩散到了涂层表血.从而在 动力学匕衣现为加速牧化。 i（：r.O4 i；r CM）； O Fr i445CT/K5O *： i:450 郴八；：. T i* ：i
11、 一0 .户人peQ20 iW 1涂层样品和T91裸制緘化看的XRbMiff Fig. : XKD pAitcrri of costing sample andT91 Merlaftcr oxidation2.2.3形貌及能谱分析图5为涂层样品淅坏氧化心的农血形貌山图5 可灿涂层衣面均生成了颗粒状氧化物（R PC域能谱 分析表明该颗粒氧化协卞嗖仟Cr.O及少扯“结合 XRD分析结果可如浚产物主箜为Cr:OJft涂层样品 住K50 r氧化话表而还观察到大址契纹亦裂纹边缘 的卜区能谱探测到 仏丧明铁离尹通过裂纹向外扩 敞在裂纹处生戒了 F（-图涂层样品循坏烫化垢的炭而形貌Fi 5 Surface
12、inorpliologies ofcreating 5amplc uftcr cyclic oxidaiton图斥为涂层样品循环筑化疳的载面形貌。从图 Ga町见样品表血的臥化朕较薄涂层呈体界血冇深 灰色产物生成（A区域几能诰分析知其主要由Fc.Xi. CM）组成这表卵氧化不仅在样品表血进行同时也 在涂层堆体界而进行:当温度升高至8：wt时涂层 衰而氧化物的好度与80Q弋时相近但观察到涂从右 纵向贯穿的裂纹沿裂纹附近右深灰色产物（B区域） 能谱分析知其上要由Fo和（）细成。结合XRD分析 可知B区域主要成分为I込5 说明広循环純化过秽 屮氏沿君裂纹快速向外扩散.m K00 f：l X50 X.图
13、6涂冬怦乩慣坏氧化肩的戲面形飒Fi背.0 Crss Motions of coaJug sample after cyclic oxichiton 2.2.4失效机制分析沈血年等人H认为水錢花勺代“介金反应释 放的H.会导致切始形成的0 （）破坏从而显若加 速合金掘化 另有研宾炭明.（；（）,lJ水蒸气接鮭会 /成押发性的Cr（）:OH）；.从而导致其课护性F降哎 丧欠上.还冇研究衣明环境中存花的水蒸U或爼都 介显年加理金屈或合令的氧化这匸妥足由于讯 化膜中任氯缺陷，半金属在育水蒸气的环境中包化 肘.xrtx化蟆/久体界面发生反应并以质子形式溶 解于氧化膜中这些质尹对緘的传质冇”催化效应 尹与
14、氧离子结合成新的物质进行空位或间隙扩敞时. 所需跳跃的激活能和较低冈此质/与氧离介结介会 増加氛化膜中氣的扩做传质速率从而促进氧化膜的 生K并改变緘化肢的生K机制o由以上分析可见 15CT涂层&面在髙温水煎气环境中生成的Cr （）的 保沪性能不如布空化环境中生成的Cr（） .HJ时高温 水蒸气也会对Cr O造戍破坏因而爲温水裁气会加刘光明等T91钢超音速电弧喷涂45CT涂层在90%Ar+10%H,)代软中的循环做化行为速45CT涂层的氧化。另外热喷涂涂层都有一定的孔隙率实验中的 45CT涂层孔隙率约为2. 08%孔隙为瞞蚀介质的扩 散提供了快速通道因此涂层中的孔隙特別是穿孔 会降低涂煨的堀備迪
15、性能上-。高温环境下，水蒸气 通过晶界和涂层孔隙进入涂层内部并到达涂层/基体 界面导致基体林料T91钢氣化因此在涂层/基体界 面可观察到基体的氣比物尤其在850 *下氧化时涂 层/基体界面可发现氧化铁的氧化层。在置化过程中 产生的氢进入氧化物形成氢缺陷又导致氧化速度加 快。与此同时岛温水蒸气通过快速通道进入基体/涂 层界面造成快速通逍处金属的氧化从而在快速通道 附近生成氧化物。在循环氣化升温和降温过程中涂 层受到交替的拉应力和压应力而虫化物的披性变形 小涂层便沿着快速通逍开裂因而在裂纹两侧可观察 到一些微孔。一旦裂坟形成水蒸气进入涂层/基体界 面更顺畅这直接导致基体快速氧化Fe快速向外扩 散因
16、此在涂层表面可以探测到Fe:O,.而基体快速氧 化生成氧化铁则对应动力学上的加速氧化阶段。3结论1) 采用超音速电弧喷涂方法制备45CT涂层其 孔隙率为2. 08%除NiCr相外涂层中还含有少粧 NiCKCg 及 NiCr：O4.2) 45CT 涂层在 800 t 的 90%Ar+10%H?O 气 報中循环強化时表现出良好的抗水蒸气氣化性能；而 在850 的气杲中循环氣化时涂层发生了开裂裂纹 成为Fe向外扩散的快速通道使得涂层表面形成了 Fe2O3而且涂层/基体界面也出现了较严重的氧化， 可见45CT涂层在853 P的抗氧化性能较差。参考文飆1 ZHANG Du-qing. LIU Guang
17、-ming. ZHAO Guo-qun et al. Cyclic Oxidation of Fe-9Cr-lMo Steel in Water Vapor AtmosphereEJJ. J Cent Univ TechnoL2009 16(4) ：535 540.2 胡清铭.锅炉腐蚀的原因与预防J.T业锅炉.2004(5)： 54 一 56 3 李学峰.热喷涂技术在我国火力电厂错炉防护领域的应 用J3金风加工(热加工2008 (18)： 33354 王水兵.刘湘.祁文军.等.热嗪涂技术的发展和应用 J电镀与涂饰.2007.26(7):52 555 聂铭林介东刘红文等超&速活性电弧喷涂技术在
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21、因氏蜃损失效与蜃損体积 的关联更为緊密只妥蜃损体积达到一定值时模具生产出的产話尺才就不符合要求。所以使用磨摄体积来衡量 模具涂层的耐磨性能更为科学。T91钢超音速电弧喷涂45C涂层在90%A叶10%H气氛中的循环戸方薮掘氧化行为作者：刘光明，汪海云，黄蜜， 田继红，杜楠，LIU Guang-ming， WANG Hai-yun HUANG Mi， TIAN Ji-hong， DU Nan作者单位：刘光明，汪海云,田继红，杜楠,LIU Guang-ming,WANG Hai-yun,TIAN Ji-hong,DU Na南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌,330063)，黄蜜,HUANG M中国兵器工业第五九研究所，重庆400039)刊名：表面技术|i3TfC pklj|英文刊名：SURFACE TECHNOLOGY年，卷(期):2011,40(3)本文链接：
T91钢超音速电弧喷涂45CT涂层在90Ar10H2O气氛中的循环氧化行为
