Cr25Ni20Si2合金表面复合搪瓷涂层的制备及高温性能研究

摘要

实践表明，耐热钢在热腐蚀条件下会出现早期失效，为延长使用寿命，有必要添加合适的防护涂层。本实验在Cr25Ni20Si2耐热钢基体上制备了施加Ni中间层的搪瓷涂层，并研究Cr25Ni20Si2耐热钢与涂层在900℃下的高温氧化行为及其机理以及800℃下熔融盐（75％Na2SO4+25％NaCl）下的腐蚀行为及其机理。成功制备了质量良好、涂层与基体结合力较高的搪瓷/镀镍复合涂层。获得了较佳的搪瓷涂层制备工艺：控制镍层厚约5μm，设定第一次烧成入炉温度为1000℃，时间5min；第二次烧成入炉温度950℃，时间20min。 通过900℃下高温氧化性能试验研究表明：搪瓷涂层及复合搪瓷涂层的抗氧化性能明显优于Cr25Ni20Si2 合金。合金在900℃下氧化100h后主要形成致密的Cr2O3氧化膜，抗高温氧化性能良好。搪瓷/镀镍涂层与未镀镍搪瓷涂层在900℃下氧化100h后，涂层均未发生脱落，搪瓷层结构致密，能有效阻挡氧等向基体的扩散。 通过800℃下熔融盐(75％Na2SO4+25％NaCl)中的热腐蚀性能试验表明：搪瓷涂层可提高合金的抗热腐蚀能力30％，而搪瓷/镀镍复合涂层可提高合金抗热腐蚀能力100％以上。合金腐蚀40h后发生灾难性腐蚀，腐蚀机理主要遵从硫化-碱融模式，腐蚀产物为FeS、Cr2O3、Fe2O3、CrS、MnCr2O4；未镀镍搪瓷涂层主要以直接脱落方式丧失保护能力，腐蚀54h后涂层全部脱落，基体直接发生灾难性腐蚀，没有孕育期。搪瓷/镀镍复合涂层则以物理减薄方式缓慢失效，在融盐中腐蚀80h后涂层减薄，XRD检测表明复合搪瓷涂层腐蚀后与腐蚀前搪瓷层相成分相比仍为SiO2、NaAl(SiO3)2，减薄后的涂层仍具备有效的抗热腐蚀的能力。中间层镍对搪瓷涂层与基体的结合力提高有很大贡献，可以有效防止搪瓷涂层在热腐蚀过程中脱落，确保搪瓷/镀镍复合涂层持续为基体提供抗热腐蚀的能力，其抗热腐蚀能力明显优于搪瓷涂层。 本试验制备的搪瓷/镀镍涂层具有良好的质量和较高的结合力，能更有效地提高基体合金的抗高温氧化及抗热腐蚀能力。