作者介绍
通讯作者: 叶福兴 教授
天津大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，教育部新世纪优秀人才、威海市科技英才、天津市材料表面科学与工程创新团队核心成员、中国焊接分会第十一届委员会委员。创建了天津大学先进表面工程中心。主持国家重点研发计划、国家科技支撑、两机重大专项等项目20余项，总经费两千余万元。自主开发了集束等离子、超音速火焰2套高能束热喷涂系统，参与建设了3条工程机械关键零部件拆解与高能束增材再制造示范产线，制定了3项再制造国家标准。发表SCI等高水平论文200余篇。荣获中国腐蚀与防护学会科学技术一等奖、河南省教育厅成果奖一等奖。
第一作者：孙凯琪 硕士研究生
天津大学材料科学与工程学院材料工程专业硕士研究生。主要研究微束等离子熔覆层的制备与性能优化，相关成果目前已发表SCI论文1篇。
研究背景
随着高温锅炉、发动机等的服役温度的提高，以及腐蚀环境愈加恶劣，高温熔盐腐蚀已成为其快速失效的主要因素之一，采用熔覆技术制备耐腐蚀熔覆层是目前的热点研究方向。
研究过程与结果
作者采用微束等离子熔覆技术，在Inconel 625基底上制备了不同NiCr-Cr3C2比例 (0-30 wt.%) 的CoNiCrAlY复合涂层。通过观察对比各个熔覆层的显微硬度、摩擦系数（图1）和微观形貌，发现添加25 wt.% NiCr-Cr3C2 (NC25) 时熔覆层性能最佳，磨损表面以粘着磨损为主。这种优异的耐磨性能主要归因于摩擦过程中发生氧化，形成致密的Al2O3保护膜、Cr2O3和尖晶石相 (Ni,Co) Cr2O4。
图1. (a) 平均摩擦系数和磨损率；(b) 显微硬度
在Na2SO4和NaCl熔盐腐蚀性能方面，对比未改性的CoNiCrAlY熔覆层，NC25熔覆层在不同温度下均表现出显著的优势 (图2)。在750 ℃的低温热腐蚀条件下，熔覆层主要表现为点蚀特征，腐蚀坑向内延伸，NC25熔覆层的平均腐蚀失重速率比未改性涂层降低了32.7%；在950 ℃的高温热腐蚀条件下，熔覆层内部出现了局部的Al元素匮乏和硫化物生成现象，而此时NC25熔覆层的改善效果更为显著，腐蚀失重速率降低了65.6%。
图2. (a) 750 ℃下腐蚀失重曲线；(b) 950 ℃下腐蚀失重曲线
腐蚀机理研究表明，NC25熔覆层优异的抗腐蚀性能主要源于其促进了保护性氧化物Cr2O3、Al2O3和尖晶石相 (Ni,Co) Cr2O4的形成。涂层表面形成的多层氧化物保护膜在不同温度下均表现出良好的稳定性，稳定的尖晶石相则能够有效抑制Na2SO4的腐蚀作用，从而显著提高了熔覆层的抗腐蚀性能。
研究总结
本文研究了采用微束等离子熔覆技术制备的CoNiCrAlY熔覆层中NiCr-Cr3C2含量对其微观结构、力学性能和耐热腐蚀性能的影响，并阐明了其腐蚀机理。其中，NC25熔覆层的显微硬度最高，且摩擦生成的物质具有保护和润滑的作用，提高了熔覆层的耐磨性能。此外，在750 ℃和950 ℃的熔盐腐蚀条件下，NC25熔覆层能显著降低失重速率，提高抗腐蚀性能，这主要源于熔覆层表面形成了保护性氧化物和尖晶石相。且在950 ℃下，NC25对抗腐蚀性的改善幅度明显大于750 ℃，说明它更适合在950 ℃下服役。本研究为设计和开发新型耐高温腐蚀涂层提供了可行的候选方案。
原文出自 Materials 期刊：https://www.mdpi.com/2931390
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/materials
Materials 期刊介绍
主编：Maryam Tabrizian, McGill University, Canada
主要关注材料科学与工程研究相关各个领域的最新研究成果，包括但不限于高分子、纳米材料、能源材料、复合材料、碳材料、多孔材料、生物材料、建筑材料、陶瓷、金属等，以及材料物理化学、催化、腐蚀、光电应用、结构分析和表征、建模等。
2023 Impact Factor：3.1 (JCR Q1*, Q2**)
2023 CiteScore：5.8
Time to First Decision：13.9 Days
Acceptance to Publication：2.7 Days
*JCR Q1 at “METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING”
**JCR Q2 at “MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY”
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