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李柏涛, 等: 高速电弧喷涂 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层的组织结构及其高温腐蚀行为
图 ３ 为高速电弧喷涂 FeＧCrＧBＧCＧAl涂 层的显
微 硬 度 分 布 曲 线, 可 见 涂 层 的 平 均 硬 度 达 到
８３０HV０．３ .
图 ５ 高速电弧喷涂 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层高温腐蚀试验后的 XRD 谱
Fi g 敭５ XRDp atternofHVASFeＧCrＧBＧCＧAlcoatin g
afterhi g hＧtem p eraturecorrosiontest
,
图 ３ 高速电弧喷涂 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层的显微硬度分布曲线 Al ２O ３ FeS .涂层在 ６５０ ℃ 热腐蚀后表面生成了具
Fi g 敭３ MicroＧhardnessdistributioncurveof 有保护作用的铁、 铬和铝的氧化物以及铁铬尖晶石,
HVASFeＧCrＧBＧCＧAlcoatin g 阻碍了腐蚀介质的侵入, 提高了涂层的耐高温腐蚀
２．２ 涂层的高温腐蚀性能 性能.另外, 涂层经高温腐蚀后还产生了 FeS 这种
图 ４ 为 高 速 电 弧 喷 涂 FeＧCrＧBＧCＧAl 涂 层 和 腐蚀产物, FeS 的结构疏松不致密, 会给硫、 氧等元
２０G 钢在 ６５０ ℃ 条件下的热腐蚀动力学曲线.由 素的入侵 提 供 通 道, 不 利 于 涂 层 的 耐 高 温 腐 蚀 性
图 ４ 可见, ２０G 钢基体的腐蚀速率高, 腐蚀动力学曲 能 [ ２１ ] .经高温腐蚀后涂层中仍存在 αＧ ( Fe , Cr ) 相,
线基本呈直线趋势增长, 增重迅速, 说明 ２０G 钢的 说明涂层表面的氧化层较薄, X 射线衍射检测到了
耐高温腐蚀性能较差. ２０G 钢经高温腐蚀后发生严 涂层内部的物相组成.
重层状脱落, 出现松脆现象.腐蚀产物主要为一些 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层中含有铝元素, 铝元素相对
红色 和 黑 色 的 Fe ２O ３ Fe ３O ４ 以 及 铁 的 硫 化 物 于其他元素而言具有优先与硫元素结合的趋势, 减
,
等 [ １８Ｇ２０ ] . FeＧCrＧBＧCＧAl涂 层 在 腐 蚀 试 验 开 始 后 前 弱铁与硫之间的反应, 同时 Al 的存在会阻碍 Fe ２＋
３＋
５h 内腐蚀增重速率较高, ５h 之后基本呈现小幅度 的扩散 [ ２２ ] , 使 铁 向 外 扩 散 的 阻 力 增 加, 从 而 减 少
的增长趋抛.在腐蚀 １００h 之后, ２０G 钢的腐蚀增 FeS 的生成, 降低腐蚀速率.
重约为 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层的 １３ 倍, 说 明 FeＧCrＧBＧ 图 ６ 为 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层在 ６５０ ℃ 腐蚀 １００h
CＧAl涂层的耐高温腐蚀性能良好. 后的表面和截面 SEM 形貌.从图 ６ ( a ) 可以看到,
腐蚀后的涂层表面附着白色腐蚀产物, 并且存在少
量的凸起.从图 ６ ( b ) 可以看到, 高温腐蚀 １００h 后
涂层与基体的结合依然良好, 且涂层组织结构完整,
中间出现部分微裂纹, 表面处形成一层氧化膜.腐
蚀介质和氧气能通过涂层表面的孔隙到达涂层的内
部, 从而发生内部氧化.结合表 １ 中的 EDS 分析结
,
果和图 ５ 可 知, 涂 层 表 面 的 氧 化 膜 主 要 为 Cr ２O ３
, , .在腐蚀初期, 铬、 铁、 铝元
Fe ２O ３ FeCr ２O ４ Al ２O ３
素首先被氧化成 Cr ２O ３ Fe ２O ３ FeCr ２O ４ Al ２O ３ 附
,
,
,
图 ４ ６５０ ℃ 下高速电弧喷涂 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层
和 ２０G 钢的腐蚀动力学曲线 着在涂层表面, 能形成连续致密的保护膜阻止腐蚀
Fi g 敭４ CorrosionkineticcurvesofHVASFeＧCrＧBＧCＧAl 介质的侵入, 提高了涂层的耐高温腐蚀性能.随后,
coatin g and２０Gsteelat６５０ ℃ 由于在高温熔融状态的盐膜中会产生活性的硫, 此
２．３ 涂层的高温腐蚀机理 时生成的氧化物是溶解在熔融盐当中的.氧化物的
图５ 是 FeＧCrＧBＧCＧAl涂层在经过１００h 高温腐 生成产生了内应力, 使刚生成的氧化物呈疏松多孔的
蚀试验之后的 XRD 谱, 可以看到热腐蚀试 验后涂 结构, 硫元素通过裂缝或孔隙渗入.随着时间的延
, , , 长 , 产生的Cr ２O ３ 的量逐渐增加, 但是铬元素向外扩
层表面的腐蚀产物主要为 FeCr ２O ４ Cr ２O ３ Fe ２O ３
２ ４ ２
