。618 北京科技大学学报 第32卷 么 貌.2涂料高温反应后表面出现裂纹，氧化铁渣沿 9 着裂纹的方向溢出，破坏涂层完整性，随着温度升高 --S2 日 -4-S3 和氧化时间延长，液相覆盖包裹涂层，使基体裸露， ？ 6 氧化严重.冷却后观察，涂料和基体氧化层紧密 以 结合，不能实现自剥落.此外，破碎3涂层保护膜 3 发现，S涂层和基体的外氧化层形成一层致密结合 2 层，随着温度的降低。热膨胀系数的不同导致基体和结 6080100120140160180200 氧化时间/min 合层分离与基体紧密结合的内氧化层不到1四 图2试样1400℃下氧化动力学曲线 Fg 2 Ox idation kine tic curves of specmens at1400C 2.2氧化产物分析 图3为1400℃条件下氧化2h的试样数码图 片.由图3(a知，空白基体在1400℃时高温氧化 2发生完全氧化，出现体积膨胀，内部氧化严重，生 (a) (b) (c) 必 成海绵状氧化皮.图3(b冲是相同条件下，采用3 图31400℃高温氧化2h后试样的照片.()空白基体：(b) 涂料保护，试样在剥离固态涂料后的宏观照片，剩余 8基体：(CS3涂料：(d山2涂料 基体形状完整，尺寸由25mmX15mn以2mm变为 Fg3 Phops of specmens oxilized at 1400C pr2h (a)Speci men S:b)substrate peeled off Coating $c)Coating d) 24mmy13mm义1.6mm四基体氧化层与涂层结合， CoatingS 温度降低，去除涂层时剥落.由图3(9可知，涂料 在1400℃具有保护作用，试样没有氧化铁渣溢出现 图4为1400℃下氧化2h后基体和涂层的X射 象.将试样继续放置在加热炉中1400℃下加热64 线衍射(XRD)图谱.图4（为S涂料保护下， 氧化增重不大，涂层和基体之间形成致密氧化层，随 1400℃保温2h后基体的XRD分析结果.去除氧 着时间延长，基体不再进一步氧化，实现了涂层抗氧 化的涂层，打磨得到平整的基体表面，进行测试， 化的目的.升温过程中，涂料由多孔结构逐渐转变 XRD峰值符合铁单质的峰值.图4(b为S涂层的 为致密化结构.研究发现，其中添加的铝粉在低温 XRD结果.涂料配方的主要成分为MQ CIQ和 下具有一定的可塑性，高温下氧化体积膨胀，增大了 S0.经过1400℃高温氧化反应2h后，基体氧化产 涂层膨胀系数，因此，加入约3%A粉在升温过程 生了FQ,涂层中生成了新的相M既O和 中可以显著减少涂层开裂问题.高温条件下，涂料 M号SQ,这两种新相的形成促进了涂层致密化阻 的熔体热膨胀系数与基体的热膨胀系数匹配，涂层 止了氧原子的扩散，起到了抗氧化作用.图4(9为 可以完整地存在，没有开裂脱落的现象，热处理完成 2涂料保护下，1400℃保温2h后基体的XRD结 后，外表面涂层热膨胀系数与基体存在热膨胀系数 果.其主要成分为FQ和FO没有F存在，表 不匹配的现象，随着温度冷至室温，涂层与基体之间 明基体氧化比较严重，完全氧化生成了FQ和 出现一个空腔结构，实现了涂层与基体的自剥落. FSQO而涂料和基体之间反应生成仅生成了Mg 图3(d为2涂料在1400℃氧化2h后的外观形 F飞O相. 8000 ● 8000Fa) T200间 t■MgFe,0SiO, Fe 1000 MgFe,0 ●Mg SiooFe,O 6000 ■Fe,O、 6000 800 ◆MgO ◆Fe0. 600 4000 4000 400 2000 200 2000 -20 40 60 40 60 20 40 60 20w) 20 图41400℃下氧化2h后基体和涂层的X射线衍射图.()3涂层剥落后的基体：(b)3涂层：(92涂层剥落后的基体 Fig 4 X-ray diffraction pattems of ox iative products on specm en surfaces at1 400C por2 b a)substrate pee led offCoatingS(b)Coating S (c)substrate peeled off CoatingS北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 2 试样 1 400℃下氧化动力学曲线 Fig.2 Oxidationkineticcurvesofspecimensat1 400℃ 2.2 氧化产物分析 图 3为 1 400 ℃条件下氧化 2 h的试样数码图 片 .由图 3(a)知 , 空白基体在 1 400 ℃时高温氧化 2 h发生完全氧化 ,出现体积膨胀 ,内部氧化严重 ,生 成海绵状氧化皮 .图 3(b)中是相同条件下 ,采用 S3 涂料保护,试样在剥离固态涂料后的宏观照片 ,剩余 基体形状完整, 尺寸由 25 mm×15 mm×2 mm变为 24 mm×13 mm×1.6 mm, 基体氧化层与涂层结合 , 温度降低, 去除涂层时剥落 .由图 3(c)可知, 涂料 在 1 400 ℃具有保护作用, 试样没有氧化铁渣溢出现 象 .将试样继续放置在加热炉中 1400℃下加热6 h, 氧化增重不大,涂层和基体之间形成致密氧化层,随 着时间延长 ,基体不再进一步氧化,实现了涂层抗氧 化的目的.升温过程中 , 涂料由多孔结构逐渐转变 为致密化结构.研究发现 , 其中添加的铝粉在低温 下具有一定的可塑性 ,高温下氧化体积膨胀,增大了 图 4 1 400℃下氧化 2h后基体和涂层的 X射线衍射图.(a)S3涂层剥落后的基体;(b)S3涂层;(c)S2涂层剥落后的基体 Fig.4 X-raydiffractionpatternsofoxidativeproductsonspecimensurfacesat1 400℃ for2h:(a)substratepeeledoffCoatingS3;(b)CoatingS3; (c)substratepeeledoffCoatingS2 涂层膨胀系数, 因此 ,加入约 3% Al粉在升温过程 中可以显著减少涂层开裂问题 .高温条件下 ,涂料 的熔体热膨胀系数与基体的热膨胀系数匹配 , 涂层 可以完整地存在 ,没有开裂脱落的现象,热处理完成 后 ,外表面涂层热膨胀系数与基体存在热膨胀系数 不匹配的现象,随着温度冷至室温,涂层与基体之间 出现一个空腔结构, 实现了涂层与基体的自剥落 . 图 3(d)为 S2涂料在 1 400 ℃氧化 2 h后的外观形 貌.S2涂料高温反应后表面出现裂纹 ,氧化铁渣沿 着裂纹的方向溢出 ,破坏涂层完整性,随着温度升高 和氧化时间延长, 液相覆盖包裹涂层, 使基体裸露, 氧化严重 .冷却后观察, S2涂料和基体氧化层紧密 结合 ,不能实现自剥落.此外 , 破碎 S3涂层保护膜 发现 , S3涂层和基体的外氧化层形成一层致密结合 层,随着温度的降低,热膨胀系数的不同导致基体和结 合层分离,与基体紧密结合的内氧化层不到1mm. 图 3 1 400℃高温氧化 2h后试样的照片.(a)空白基体;(b) S3基体;(c)S3涂料;(d)S2涂料 Fig.3 Photosofspecimensoxidizedat1 400℃ for2h:(a)Speci￾menS1;(b)substratepeeledoffCoatingS3;(c)CoatingS3;(d) CoatingS2 图 4为 1400℃下氧化 2 h后基体和涂层的 X射 线衍射 (XRD)图谱.图 4 (a)为 S3 涂料保护下, 1 400 ℃保温 2 h后基体的 XRD分析结果.去除氧 化的涂层 , 打磨得到平整的基体表面, 进行测试, XRD峰值符合铁单质的峰值 .图 4(b)为 S3涂层的 XRD结果 .涂料配方的主要成分为 MgO、Cr2 O3 和 SiO2 ,经过 1400 ℃高温氧化反应 2 h后 ,基体氧化产 生了 Fe2O3 , 涂 层中 生成 了新 的 相 MgFe2O4 和 Mg2 SiO4 ,这两种新相的形成促进了涂层致密化, 阻 止了氧原子的扩散 ,起到了抗氧化作用.图 4(c)为 S2涂料保护下, 1 400 ℃保温 2 h后基体的 XRD结 果.其主要成分为 Fe3 O4 和 Fe2O3 ,没有 Fe存在, 表 明基体氧化比较严重, 完全氧化生成了 Fe2 O3 和 Fe3O4 , 而涂料和基体之间反应生成仅生成了 Mg￾Fe2O4 相. · 618·