超音速喷涂Cr_3C_2_25NiCr复合涂层的组织及电化学特性研究

第1卷 第2期 热 喷 涂 技 术 V ol.1, No.22009年12月 Thermal Spray Technology Dec., 2009

超音速喷涂Cr 3C 2-25NiCr 复合涂层的

组织及电化学特性研究

沈婕，

国俊丰，魏伟，高峰，万伟伟，侯伟骜

（北京矿冶研究总院，北京 100044）

摘 要：采用超音速火焰喷涂（HVOF ）设备在Q235钢表面制备了Cr 3C 2-25NiCr 金属陶瓷涂层，对涂层的显微形貌、组织成分和机械性能进行了研究，结果表明：HVOF 制备出的金属陶瓷涂层主要由NiCr 、Cr 3C 2和Cr 7C 3相组成，涂层致密、硬度高，与基材的结合强度好。实验还测试了涂层和基材在0.5 %H 2SO 4溶液中的腐蚀、电化学行为，阳极极化曲线测试结果显示出涂层在0.5 %H 2SO 4溶液中具有很好的耐蚀性，通过SEM 及所配能谱对基材和涂层腐蚀产物形貌和成分进行分析，发现涂层腐蚀主要发生粘结相NiCr 合金处，而Ni 、Cr 氧化物阻止了腐蚀进一步发生，96 h 浸泡实验也证实了致密的金属陶瓷涂层对基材有很好的抗腐蚀保护作用。

关键词： HVOF ； Cr 3C 2–25NiCr 涂层； 显微组织；电化学

中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7127（2009）02-0048-05

Microstructure and Electrochemical Properties of

Cr 3C 2-25NiCr Coating by HVOF spraying

SHEN Jie ，GUO Jun-feng ，WEI Wei ，GAO Feng ，WAN Wei-wei ，HOU Wei-ao

（Beijing General Institute of Mining and Metallurgy ，Beijing 100044，China ）

Abstract ：Cr 3C 2-25NiCr metal ceramic coating was produced on the surface of Q235 steel by HVOF （high velocity Oxy-fuel ）spraying. The micro-morphology ，composition ，mechanical properties of coatings were studied. The results show that the coating are mainly composed of NiCr ，Cr 3C 2 and Cr 7C 3 phases. It is dense with high hardness and good bond strength with the substrate. The corrosion and electrochemical properties of the coating and substrate were also tested in 0.5% H 2SO 4 solution. Anodic polarization curves of the test show the coating in 0.5% H 2SO 4 solution has excellent corrosion resistance performance. The morphologies ，compositions of the substrate and corrosion product were analyzed by means of SEM and EDX ，which demonstrate the corrosion of coating mainly existed in binder phase NiCr alloy ，at the same time ，Ni ，Cr oxide prevented further corrosion. 96h soaking experiments also confirms dense metal ceramic coating had a good property of anti-corrosion on the substrate.

Keywords ：HVOF ；Cr 3C 2-25NiCr coating ；Microstructure ；Electrochemical properties

作者简介：沈婕（1972-），女，河南洛阳人，博士，高工. Email ：zkygg@

超音速火焰喷涂（High Velocity Oxygen Fuel ，以下简写为HVOF ） 是20世纪80年代出现并发展起来的一种高速火焰喷涂法，它是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气或氢气与高压氧气在燃烧室或特珠

2期沈婕，等：超音速喷涂Cr3C2-25NiCr复合涂层的组织及电化学特性研究• 49 •

的喷嘴中燃烧，产生高温高压燃气，将粉末送进火

焰中，产生熔化或半熔化的料子高速撞击在基体表

面上以获得高质量的涂层[1]。由于其焰流速度高

（1500 m/s以上）、喷涂温度相对较低（小于

3000 ℃）的特点而特别适用于制备孔隙度小，涂层

致密、耐磨耐蚀性能优良的金属陶瓷涂层，在工业

领域中得到了广泛的应用。

近年来，Cr3C2-25NiCr金属陶瓷涂层以其优越

的耐磨料磨损、冲蚀磨损和滑动磨损等性能而成功

应用于汽轮机叶片[2]、锅炉四管[3]和燃烧器沸腾床[4]

等电站锅炉设备重要零部件的表面防护、修复中，

这些部件的使用工况除磨粒磨损外还普遍存在一

定的酸腐蚀介质，但目前国内外对涂层耐磨损性能

的研究较多，而针对涂层在腐蚀介质中的耐蚀性和

电化学行为却研究甚少。本文通过HVOF技术在普

通Q235钢表面制备了综合性能优异的

Cr3C2-25NiCr金属陶瓷涂层，对涂层的组织形貌、

机械性能进行检测、分析，并对涂层在酸性腐蚀介

质中的电化学行为及其腐蚀特性进行了分析研究，

探讨了涂层材料对基材的腐蚀防护机理。

1 实验方法

1.1 涂层试样的制备

喷涂材料采用北京矿冶研究总院研制的球形

烧结态Cr3C2-25 NiCr 复合粉末（牌号KF-70），其

成分及性能指标如表1 所示。

试样按相关检测标准制备。采用德国进口GLC

HVOF火焰喷涂设备制备涂层，喷涂时用丙烷为燃

气，高压氧气为助燃气，氮气为送粉气。喷涂工艺

参数为：氧气流量210 L/min，丙烷流量62 L/min，

喷涂距离210 mm，空气压力0.4 MPa，送粉量

50 g/min。

表1 Cr3C2-25 NiCr粉末的化学成分及物理性能

Table 1 Chemical composition and physical

propertyof Cr3C2-25 NiCr powder

化学成分/%牌号粒度/µm

Ni C

流动性

/s·（50g-1）

松装

密度

/g·cm-3

KF-70 10～45 18.97

9.99

31.96 2.26

1.2 涂层组织及机械性能检测

使用HITACHI S-3500N立式扫描电镜，对涂层的金相显微组织进行检测分析，并使用仪器所配图像处理软件对涂层孔隙率进行测试。涂层的硬度检测依据GB/T4340.1-1999，使用美国沃伯特公司生产的402MV A TM型维氏硬度计进行检测，每个试样选取5个点做为测量点,取测量数据的平均值作为涂层的表面硬度。涂层的结合强度检测依照GB/T 8642-2002，使用上海申联公司生产的WDW-100A型微机控制电子式万能试验机进行实验，并运用联机电脑软件对涂层结合强度进行分析检测，加载速度不超过1000 N/s±100 N/s。

1.3 腐蚀性能检测

按电化学阳极极化测试方法，将带有涂层的试样和基体材料Q235钢分别切成测试面积为10mm×10 mm的正方形，试样背面焊接电源线，除测试面外，试样其余面用树脂包裹。腐蚀液为0.5 %H2SO4溶液。测试装置如图1所示。电化学腐蚀试验在CHI电化学分析仪进行，试样在腐蚀液中浸泡10 min待系统稳定后测量记录开路电位，进行电化学动电位扫描。采样周期为 1 s，扫描速度为1 mV/s，扫描范围为-1000～+1000 mV，参比电极为饱甘汞电极（SCE），辅助电极为铂电极。

试样在腐蚀液中静态浸泡96小时后取出，通过扫描电镜对腐蚀形貌及腐蚀成分进行分析检测。

图1 阳极极化曲线测试装置示意图

Fig.1 Schematic diagram of the anodic polarization

curves testing device

2 实验结果及讨论

2.1 涂层的金相显微组织及成分分析

超音速火焰喷涂Cr3C2-25 NiCr的涂层显微组织如图2 所示。在超音速火焰喷涂过程中，粉末颗粒中的NiCr合金富集区迅速熔化,并且润湿和溶解