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针对海绵钛生产过程中还原—蒸馏釜存在严重的高温氧化问题,大大缩短了还原—蒸馏釜的使用寿命,本文采用电弧喷涂方法在Q235低碳钢表面制备了四种不同铬含量的FeCrAl合金涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段对涂层的显微组织和常规性能进行分析,通过热震实验、高温氧化实验方法评价不同Cr含量涂层的抗高温氧化性能,从中选取最佳Cr含量涂层。在此基础上,以纯Al层为外层、最佳FeCrAl涂层为次外层制备了Al/FeCrAl复合涂层,并对复合涂层的抗高温氧化性能做了进一步的探索。本文研究结果如下: (1) FeCrAl涂层常规性能分析表明,喷涂法制备的铁基涂层呈现出典型的层状结构特征,元素分布均匀连续,涂层主要相为铁铬固溶体。涂层的孔隙率在18%以下,随着Cr含量的增加,涂层孔隙率逐渐降低,基本满足了涂层对孔隙率的要求;涂层与基体的结合强度随着Cr含量增加有下降的趋势,但都能达到16MPa以上,表明涂层与基体结合良好;涂层的显微硬度变化不大,硬度范围在270 HV0.1~340 HV0.1之间。 (2)涂层抗热震性实验表明,涂层的抗热震性能随温度升高明显降低,随Cr含量升高有所下降。经过30次循环升温—冷却后,涂层仅在防护较差、应力集中的边缘处氧化开裂,而基体表面无起皮现象。 (3)经高温氧化100h后,涂层显微硬度增大。XRD分析表明,Cr含量越高,涂层表面越容易生成致密的Cr2O3氧化膜及少量尖晶石结构的FeCr2O4复合氧化物,这些物质有效阻止O元素向内扩散,对基体保护效果良好。当Cr含量≥28%时,涂层抗高温氧化能力为基体的30倍。 (4) Al/Fe28CrAl复合涂层的物理性能分析表明,外层Al涂层很好地覆盖在Fe28CrAl涂层粗糙的表面上,封孔作用明显。热震实验表明,复合涂层热处理前的热震性能与同温度下Fe28CrAl涂层的热震性能相似,而热处理后的复合涂层热震值增加了十次左右。经900℃高温氧化100h后,外Al涂层极易生成了一层致密的Al2O3保护膜,其中热处理的复合涂层表面氧化膜保护效果较好,涂层内部基本无变化,而未热处理的复合涂层外层氧化比较严重,结构疏松多孔。且氧化20h后,内部FeCrAl涂层开始氧化,涂层的增重曲线逐渐变缓,且曲线斜率低于同条件下未热处理的复合涂层曲线斜率。 通过综合比较四种不同铬含量涂层的物理性能和耐蚀性能,得出Fe28CrAl合金涂层为最佳Cr含量涂层,而外Al涂层的加入,进一步优化了该涂层的抗高温氧化性能。