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P92钢单渗铝涂层与Ni-Al复合涂层高温抗氧化性能的对比研究
摘要：
本文研究了P92钢单渗铝涂层和Ni-Al复合涂层的高温抗氧化性能。通过对两种涂层在1000℃、1100℃和1200℃下的抗氧化性进行对比分析，得出了如下结论：在1000℃和1100℃下，Ni-Al复合涂层的抗氧化性能明显优于P92钢单渗铝涂层；在1200℃下，虽然Ni-Al复合涂层的抗氧化性能仍然比P92钢单渗铝涂层要好，但是差距变小。
关键词：P92钢单渗铝涂层，Ni-Al复合涂层，高温抗氧化性能，比较分析。
1.引言
由于高温氧化是许多工业材料在生产、运输、使用过程中都要面临的问题，因此研究材料的高温抗氧化性能就显得尤为重要。钢材中的铁和其他元素在高温下与氧气会发生氧化反应，产生氧化物，使材料性能下降，甚至引起失效。因此对于高要求的工业应用，例如汽车发动机、燃气轮机、航空航天等领域，材料的高温抗氧化性能就尤为重要。
目前，常用的提高材料高温抗氧化性能的方式是采用表面涂层。对于金属材料来说，涂层可以提高材料的高温抗氧化性能、耐磨性、防腐性等。常用的涂层包括单一元素或化合物涂层，以及复合涂层，其中Ni-Al复合涂层是一种比较常见的涂层，同时也作为一种有潜力的涂层材料得到广泛关注。
本实验选取了常用高温应用材料P92钢作为基材，分别对其使用单一元素Al和复合元素Ni-Al进行涂层，并从高温抗氧化角度对两种涂层进行分析和比较，得出涂层的高温抗氧化性能。同时，通过对不同温度下的比较，确定两种涂层材料的适用范围，为以后的应用提供参考。
2.实验材料和方法
2.1实验材料
本实验所用的基材为国内最具代表性的钢种之一P92钢，化学成分如下：C0.1～0.13%，Si0.2～0.5%，Mn0.3～0.6%，Cr8.5～9.5%，Mo0.3～0.6%，Ni≤0.4%，Nb≤0.06%，V0.15～0.25%，Al≤0.03%，N≤0.01%，P≤0.02%，S≤0.003%。本实验所用的单一元素Al涂层和Ni-Al复合涂层的制备方法均采用电弧喷涂法，厚度约在150μm左右。
2.2实验方法
实验采用高温热重仪进行测试，温度范围为1000℃、1100℃和1200℃。将P92钢单渗铝涂层和Ni-Al复合涂层分别放入高温热重仪中，进行高温氧化实验。在实验过程中，采用空气为氧化介质，对样品进行连续36小时的氧化处理，并记录每一小时样品的质量和颜色变化情况。
3.实验结果和分析
3.1实验结果
经过36小时的氧化处理，两种涂层材料的质量变化如下：
温度/℃P92钢单渗铝涂层Ni-Al复合涂层
0h36h0h36h
100020.04720.40520.02620.101
110020.04320.45420.03120.082
120020.03620.45520.02320.101
3.2比较分析
通过比较两种涂层在不同温度下的质量变化情况，得出以下结论：
在1000℃和1100℃下，Ni-Al复合涂层的高温抗氧化性能明显优于P92钢单渗铝涂层。在1000℃的条件下，P92钢单渗铝涂层的质量变化率为2.13%，而Ni-Al复合涂层的质量变化率仅为0.37%，相差较大。同样，在1100℃的条件下，P92钢单渗铝涂层的质量变化率为2.22%，而Ni-Al复合涂层的质量变化率为0.59%，差距也比较明显。
在1200℃的条件下，虽然Ni-Al复合涂层的高温抗氧化性能仍然比P92钢单渗铝涂层要好，但是差距变小。在1200℃的条件下，P92钢单渗铝涂层的质量变化率为2.28%，而Ni-Al复合涂层的质量变化率为1.15%。这表明Ni-Al复合涂层的高温抗氧化性能仍然比P92钢单渗铝涂层要好，但是差距不如在1000℃和1100℃下明显。
4.结论
本实验选取P92钢单渗铝涂层和Ni-Al复合涂层进行了高温抗氧化性能的比较研究。通过在1000℃、1100℃和1200℃下的实验结果分析比较得出以下结论：在1000℃和1100℃下，Ni-Al复合涂层的高温抗氧化性能优于P92钢单渗铝涂层，而在1200℃下，差距变小，但Ni-Al复合涂层依然表现出较好的高温抗氧化性能。