大氣等離子噴涂MoSi2-30Al2O3電熱涂層的組織結(jié)構(gòu)及性能

周炎哲, 劉敏, 楊焜, 曾威, 宋進(jìn)兵, 鄧春明, 鄧暢光

大氣等離子噴涂MoSi2-30Al2O3電熱涂層的組織結(jié)構(gòu)及性能

周炎哲1,2, 劉敏2, 楊焜2, 曾威2, 宋進(jìn)兵2, 鄧春明2, 鄧暢光2

(1. 中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410083; 2. 廣東省新材料研究所, 現(xiàn)代材料表面工程技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 廣東省現(xiàn)代表面工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510650)

以MoSi2-30Al2O3混合粉末為原料, 利用大氣等離子噴涂技術(shù)制備MoSi2-Al2O3體系電熱涂層。采用XRD、SEM、通電測(cè)試、熱重-差熱分析等對(duì)涂層的相組成、組織形貌和熱穩(wěn)定性進(jìn)行表征。結(jié)果表明：MoSi2-30Al2O3電熱涂層體系組織均勻致密, 添加Al2O3能改善MoSi2的電阻率及低溫抗氧化性; MoSi2-30Al2O3涂層電熱性能優(yōu)異, 在循環(huán)加熱測(cè)試中, 能穩(wěn)定地加熱到320 ℃并長(zhǎng)時(shí)間保溫, 輥面溫度分布均勻, 中部溫差控制在25 ℃之內(nèi); 循環(huán)加熱過程中的氧化及熱應(yīng)力的弛豫會(huì)導(dǎo)致涂層產(chǎn)生裂紋及孔隙進(jìn)而導(dǎo)致涂層電阻率升高。

電熱材料; MoSi2-Al2O3復(fù)合涂層; 等離子噴涂; 電熱性能

加熱輥廣泛地應(yīng)用在造紙、印刷、紡織、橡膠、塑料、化纖等行業(yè)中, 如對(duì)覆蓋性材料的預(yù)熱、干燥、定向、退火、層壓、壓光、壓花等。傳統(tǒng)的加熱輥主要是在輥體內(nèi)部通過油、水作為熱源加熱, 是目前主要的加熱體系。但流體加熱體系具有維修成本高、溫度均勻性差、能量損耗大且存在一定的安全性隱患等問題。電磁加熱輥是根據(jù)電磁感應(yīng)加熱金屬的原理, 通過在輥內(nèi)置感應(yīng)線圈對(duì)輥體加熱, 雖有溫度高、溫度均勻性好、能耗低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn), 但是其制造成本過高制約了它的廣泛應(yīng)用, 目前僅應(yīng)用于小部分高端領(lǐng)域。

電熱涂層加熱輥是利用熱噴涂技術(shù), 直接在輥體表面噴涂電熱涂層體系的一種新型電加熱輥。電熱涂層薄而均勻, 能直接在輥體表面均勻加熱, 極大的提高了加熱輥系統(tǒng)的加熱效率。在電熱涂層材料的選擇上, 適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性、穩(wěn)定性、以及電阻率隨溫度變化穩(wěn)定的規(guī)律性等都是很重要的考慮因素。根據(jù)文獻(xiàn)[1-3], 常用的電熱涂層材料主要包括Ni, Ni-20Cr, NiCrAlY等。然而金屬材料存在電阻率過小的局限性, 為了達(dá)到一定熱能所需的電阻, 金屬層通常厚度很薄, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜(線圈, 彎管)。而這將導(dǎo)致導(dǎo)電層溫度和電阻變化增大, 氧化作用增強(qiáng), 進(jìn)而電阻不均勻引發(fā)局部高溫, 這些都會(huì)加速涂層的失效。為了克服這些問題, 陶瓷加熱材料因其適當(dāng)可控的電阻率、良好的抗氧化性、穩(wěn)定的化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn), 受到了研究者們的廣泛關(guān)注[4-5]。

MoSi2在1900 ℃以下時(shí), 以C11b型體心正方晶體穩(wěn)定存在, 晶體結(jié)構(gòu)中兼有金屬鍵和共價(jià)鍵, 表現(xiàn)出金屬和陶瓷雙重特征, 具有類似金屬的良好的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率(52 W/(m×K))及類似陶瓷的抗氧化性能[6], 是一種典型的電熱陶瓷材料[7]。然而, MoSi2在400~600 ℃之間會(huì)發(fā)生“pesting”現(xiàn)象, 表現(xiàn)為材料的急劇氧化而成粉末狀[8-9]。研究表明[10-11], 將Al2O3作為第二相加入MoSi2基體, 在低溫下能有效阻斷導(dǎo)致MoSi2發(fā)生粉末氧化現(xiàn)象的氧擴(kuò)散路徑, 而且能改善MoSi2的氧化產(chǎn)物SiO2的粘度及提高SiO2結(jié)晶溫度。并且, 極為接近的熱膨脹系數(shù), 使得MoSi2-Al2O3體系在加熱與冷卻過程中不會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)部熱應(yīng)力, 從而使該體系在1600 ℃以下都能保持穩(wěn)定[12]。此外, 摻雜Al2O3還可以起到調(diào)控涂層電阻率的作用, 使涂層不需要很薄便能達(dá)到產(chǎn)生一定熱能所需的電阻。

而將MoSi2-Al2O3體系作為電熱涂層應(yīng)用在低溫領(lǐng)域(400 ℃以下)未曾見報(bào)道, 故本文旨在研究MoSi2-Al2O3復(fù)合涂層在400 ℃以下的電熱性能。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)分別在314不銹鋼圓輥(22 mm′320 mm)和不銹鋼圓片(310S)基體(30 mm′4 mm)上噴涂復(fù)合涂層體系, 涂層體系分為三層：底層為粘結(jié)層, 減少因熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的內(nèi)部熱應(yīng)力, 提升涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度; 中間層為絕緣層, 用于加熱層和基體之間的絕緣; 頂層為加熱層, 通電后作為熱源。

粘結(jié)層噴涂料為NiAl(粒徑45~95 μm)。絕緣層噴涂料為MgAl2O4(粒徑10~45 μm), MgAl2O4在噴涂過程中不會(huì)產(chǎn)生相變, 在高溫及潮濕環(huán)境中仍能保持較強(qiáng)的絕緣性[13]; 加熱層噴涂料為MoSi2粉末(粒徑15~45mm, 純度＞99%)和Al2O3粉末(粒徑15~45mm, 純度＞99%)按一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)比機(jī)械混合制得的MoSi2-Al2O3混合粉末。為方便說(shuō)明, Al2O3含量為0、15wt%、30wt%的MoSi2-Al2O3依次標(biāo)記為M、MA15、MA30。

1.2 涂層制備

噴涂前將基體用汽油或丙酮超聲除油, 并用酒精清洗干凈后進(jìn)行噴砂處理, 清除基體表面氧化物并增大粗糙度, 以增加涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度。粘結(jié)層、絕緣層和加熱層均采用大氣等離子噴涂方法制備, 噴涂設(shè)備為德國(guó)GTV公司生產(chǎn)的MF-P1000型大氣等離子噴涂系統(tǒng), 噴涂工藝參數(shù)見表1。

1.3 性能表征

采用PANalytical型X射線衍射儀(XRD)對(duì)涂層的物相進(jìn)行分析; 利用掃描電子顯微鏡(SEM, Nova-Nona-430, FEI)及配套的能譜儀(EDS)分析涂層的顯微組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。

利用長(zhǎng)時(shí)間熱循環(huán)通電測(cè)試研究MoSi2-Al2O3電熱涂層的熱穩(wěn)定性能。熱循環(huán)的一個(gè)周期為將加熱輥從室溫加熱到(320±5) ℃, 保溫12 h之后再空冷到室溫。通電設(shè)備選用兆信直流穩(wěn)壓電源(KXN- 6020D), 通電時(shí)保持功率一定, 將其穩(wěn)定加熱到320 ℃, 再通過調(diào)控輸出功率, 使加熱輥穩(wěn)定在(320±5) ℃保溫。通過紅外測(cè)溫儀(UNI-T, UT303D)檢測(cè)加熱輥溫度, 采用紅外熱像儀(UNI-T, UTi80)觀測(cè)加熱輥溫度分布均勻性, 利用絕緣電阻測(cè)試儀(UNI-T, UT502A)測(cè)量涂層的電阻。

表1 大氣等離子噴涂工藝參數(shù)

通過熱重力儀和差示掃描量熱儀(TG/DSC, NETZSCH, STA-449-F5, Germany)研究剝離的MA30涂層在高溫下的熱穩(wěn)定性能, 樣品置于流動(dòng)的干燥空氣中, 以1 ℃/min的速率加熱到700 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層的微觀形貌及相結(jié)構(gòu)

圖1為MA30粉末和涂層的XRD衍射圖譜。原始粉末中MoSi2相以穩(wěn)定的C11b型四方晶體結(jié)構(gòu)(t-MoSi2)存在, Al2O3只能檢測(cè)到很小的衍射峰。噴涂態(tài)涂層的XRD圖譜中出現(xiàn)了Mo5Si3相和六方相(hcp-MoSi2)。這是因?yàn)樵趪娡康倪^程中, MoSi2不可避免的會(huì)被氧化, Si會(huì)優(yōu)先氧化為非晶態(tài)的SiO2, 然后在超高溫的等離子射流中揮發(fā)流失。而Si的流失將促進(jìn)富Mo相的形成。同時(shí), 噴涂火焰中熔融態(tài)的部分MoSi2發(fā)生相轉(zhuǎn)變(在1900 ℃以上時(shí)轉(zhuǎn)變), 由穩(wěn)定的四方相轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的高溫六方相[10,14-15]。然后由于快速冷卻, 部分六方相來(lái)不及重新轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较鄰亩槐Ａ粝聛?lái)[10]。

圖2為MA30涂層的表面SEM形貌照片。在低放大倍數(shù)照片圖2(a)中, 噴涂表面粗糙且呈波浪形, 是典型的高溫陶瓷涂層表面形貌特點(diǎn)。從高放大倍數(shù)照片(圖2(b))中可以發(fā)現(xiàn), 涂層表面由熔融區(qū)域和未完全熔融區(qū)域組成, 熔融區(qū)域粒子鋪展完全, 結(jié)合致密。而未完全熔融區(qū)域中粒子接觸不完全, 這將導(dǎo)致涂層中孔隙的產(chǎn)生。

圖3(a)為整個(gè)電熱涂層系統(tǒng)的拋光截面SEM形貌照片?？梢钥闯? 電熱涂層體系組織致密, 厚度均勻, 涂層間咬合緊密。利用Image Pro Plus軟件通過涂層的截面SEM照片計(jì)算得出粘結(jié)層的平均厚度為95 μm, 絕緣層平均厚度約為236 μm, 加熱層厚度約為322 μm。本文重點(diǎn)研究加熱層MA30涂層, 從其高放大倍數(shù)的SEM照片(圖3(b))中可以看出, 組織截面表現(xiàn)為灰白色相與黑色相以層片狀的形式交互均勻?qū)盈B。因?yàn)樵趪娡窟^程中, 喂料經(jīng)過溫度高達(dá)1500 ℃的等離子射流加熱后, 被熔化為熔融態(tài)的液滴或半熔融態(tài)的顆粒, 高速撞擊到基體上, 然后因動(dòng)能沖擊而變形鋪展, 從而凝固成層疊狀的組織[16]。由結(jié)合能譜儀定性分析得知, 灰白色的相為MoSi2相, 黑色相為Al2O3相。在更高倍的圖3(c)中, 可以看到在灰白相MoSi2中還存在部分顏色更淺的區(qū)域, 邊界區(qū)分明顯。其能譜如圖3(d)所示, 原子比(Mo) :(Si)接近5 : 3, 且存在輕微的氧化。結(jié)合上文XRD分析推斷, 涂層中部分MoSi2被氧化生成了Mo5Si3。

圖2 MoSi2-30Al2O3涂層表面SEM形貌照片

圖3 電熱涂層系統(tǒng)(a)和MoSi2-30Al2O3涂層(b, c)的拋光截面SEM形貌與對(duì)應(yīng)點(diǎn)能譜圖(1, 2, 3)

涂層截面照片中, 組織結(jié)合緊密, 沒有觀測(cè)到縱向裂紋, 這得益于MoSi2與Al2O3極為接近的熱膨脹系數(shù), 使得粒子從熔融到凝固的過程中只會(huì)產(chǎn)生很小的熱應(yīng)力, 從而避免缺陷的產(chǎn)生[12]。另外, Al2O3與MoSi2具有極為匹配的物理化學(xué)相容性, 在MoSi2基體中加入Al2O3后, 能改變SiO2-MoSi2的界面能和MoSi2的晶界能[17], 這也促進(jìn)了復(fù)合涂層的緊密結(jié)合。

2.2 涂層的電熱性能

圖4為M、MA15、MA30三種涂層的熱重分析曲線?？梢钥闯鯩、MA15、MA30涂層在400 ℃時(shí)樣品質(zhì)量明顯增加, 在550~600 ℃時(shí)樣品質(zhì)量出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。隨Al2O3含量的增加, 樣品氧化增重的速率及百分比都有所降低, 說(shuō)明添加Al2O3能有效增強(qiáng)MoSi2涂層的熱穩(wěn)定性。圖5為MA30涂層的熱重-差熱分析曲線。在400 ℃之前, 涂層狀態(tài)穩(wěn)定, TG-DSC曲線保持平滑, 說(shuō)明涂層在400 ℃以下時(shí)具有較好的熱穩(wěn)定性。在427 ℃附近, DDSC曲線開始顯著上升, 表現(xiàn)為DSC曲線出現(xiàn)一個(gè)向上的臺(tái)階, 并伴隨著樣品重量的增加, 表明氧化反應(yīng)開始顯著進(jìn)行。根據(jù)MoSi2的氧化特性[8-9], MoSi2在400~600 ℃之間會(huì)發(fā)生“pesting”現(xiàn)象, 主要發(fā)生以下反應(yīng)[18]：

5MoSi2+7O2→Mo5Si3+7SiO2(1)

2MoSi2+7O2→2MoO3+4SiO2(2)

2Mo5Si3+21O2→10MoO3+6SiO2(3)

由于反應(yīng)溫度低于SiO2和MoO3的揮發(fā)溫度, 反應(yīng)生成的SiO2和MoO3都會(huì)以固態(tài)形式存在, 故TG曲線呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。文獻(xiàn)[19]中提出, 700 ℃以下時(shí), 反應(yīng)(1)~(3)的吉布斯自由能變化, 氧化物生成趨勢(shì)Mo5Si3＞MoO3(2)＞MoO3(3), 故在氧化初期反應(yīng)(1)占主導(dǎo)。當(dāng)溫度達(dá)到495和541 ℃時(shí), DSC曲線分別達(dá)到峰值, 表明DSC曲線分別在第一個(gè)和第二個(gè)臺(tái)階中處于上升最快的階段, 反應(yīng)(2)(3)開始顯著進(jìn)行。且在507 ℃時(shí), DTG曲線達(dá)到峰值, 氧化增重速率達(dá)到最快。這與眾多文獻(xiàn)中報(bào)道的在500 ℃左右時(shí)[9-10, 20-21], MoSi2基體材料的“pesting”現(xiàn)象最為顯著相符。在接近550 ℃時(shí), TG曲線出現(xiàn)一個(gè)下降趨勢(shì), 這是因?yàn)镸oO3在高溫下升華效果顯著, 此時(shí)失重速率超過氧化增重速率, 所以樣品質(zhì)量下降。

因此, MoSi2-Al2O3電熱涂層的工作溫度應(yīng)控制在400 ℃以下。圖6(a)為陶瓷電熱輥試樣的實(shí)物圖。圖6(b)所示為MA30型加熱輥處于保溫階段的紅外熱圖像照片。從圖中標(biāo)示的溫度可以看出, 加熱輥的表面溫度相對(duì)均勻, 整個(gè)中間段溫差僅在25 ℃之內(nèi)。加熱輥兩端和中部的溫差主要由熱輻射和熱對(duì)流過程中造成的熱損失導(dǎo)致。后續(xù)可通過調(diào)整加熱輥兩端和中心部位的加熱層厚度來(lái)提高輥體溫度的均勻性。

圖7為M、MA15、MA30三種電熱涂層加熱輥通電加熱的-曲線。其中M型加熱輥由于涂層電阻率過低, 在直流穩(wěn)壓電源提供的最高輸出電流(21A, 60 W)的情況下也只能加熱到110 ℃左右。MA15型加熱輥需要220 W左右的電功率才能加熱到320 ℃穩(wěn)定保溫。MA30型加熱輥在150~160 W的電功率就能實(shí)現(xiàn)相同加熱效果。且MA30具備更優(yōu)異的低溫抗氧化性。因此本文重點(diǎn)就MA30型電熱涂層長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)加熱的電熱性能展開研究。

圖4 MoSi2-Al2O3涂層的熱重分析曲線

圖5 MoSi2-30Al2O3涂層的熱重-差熱分析曲線

圖6 陶瓷電熱輥實(shí)物圖(a)及保溫狀態(tài)時(shí)的紅外熱圖像(b)

圖7 MoSi2-Al2O3加熱輥加熱的t-T曲線

圖8為MA30加熱輥長(zhǎng)時(shí)間通電測(cè)試的循環(huán)加熱-曲線。通過調(diào)整輸出功率, 5次循環(huán)加熱周期內(nèi), 加熱輥都能穩(wěn)定的加熱到(320±5) ℃并保溫, 這體現(xiàn)了MA30電熱涂層優(yōu)異的電加熱穩(wěn)定性。

圖9為不同加熱周期內(nèi)MA30涂層的電阻率隨加熱時(shí)間變化的曲線?？梢园l(fā)現(xiàn), 在第一個(gè)周期內(nèi), 涂層的電阻率在加熱階段(0~40 min)及保溫階段都上升得比較快。而后四個(gè)周期內(nèi), 涂層的電阻率僅在升溫區(qū)間(0~40 min)增長(zhǎng)明顯, 在之后的保溫階段, 涂層的電阻增長(zhǎng)緩慢, 趨于穩(wěn)定。

圖10為不同周期內(nèi), 涂層在加熱階段, 電阻率隨溫度變化的曲線。不難發(fā)現(xiàn), 涂層的電阻率隨溫度的升高呈近似線性的增長(zhǎng), 且5個(gè)周期內(nèi)的增長(zhǎng)斜率相當(dāng)。這兩種變化規(guī)律說(shuō)明涂層在第一個(gè)周期后, 影響涂層電阻率的部分因素發(fā)生了改變, 如材料表層的導(dǎo)電相MoSi2, Mo5Si3被氧化成Mo, Si的氧化物, 不再具備導(dǎo)電能力, 從而涂層的電阻率增加; 涂層在加熱和冷卻過程中因熱應(yīng)力的弛豫會(huì)產(chǎn)生裂紋和孔隙等缺陷, 另外Mo, Si的氧化物在低溫時(shí)被認(rèn)為是裂紋源[22], 會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生。這些都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電相間的連通減弱, 導(dǎo)電通道受到阻礙, 所以涂層電阻率增加。而之后的幾個(gè)周期, 涂層在保溫階段電阻率變化都很小, 說(shuō)明氧化作用已經(jīng)很小。

圖8 MoSi2-30Al2O3加熱輥循環(huán)加熱的t-T曲線

圖9 涂層電阻率與加熱時(shí)間的變化關(guān)系

圖10 涂層電阻率與溫度的變化關(guān)系

圖11為MA30涂層在320 ℃加熱5個(gè)周期后的XRD衍射圖譜。在通電測(cè)試后, MoSi2不穩(wěn)定的高溫六方相又轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的四方相[10,15]或被氧化成Mo5Si3。氧化生成的微量SiO2擴(kuò)散進(jìn)Al2O3晶格中形成硅鋁酸鹽Al2SiO5, MoO3可能未形成晶體或過于微量未能檢測(cè)到衍射峰。

圖12(a)~(c)分別為加熱輥通電加熱5個(gè)周期后, MA30涂層表面、截面和斷面的SEM形貌照片及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的能譜圖。在圖12(a)和(b)中可以發(fā)現(xiàn)涂層中產(chǎn)生了一些微裂紋, 且裂紋基本都分布在MoSi2相附近。結(jié)合能譜分析發(fā)現(xiàn), MoSi2相被輕微氧化。而相氧化帶來(lái)的體積效應(yīng), 以及氧化相MoO3, SiO2的低溫脆性都會(huì)促進(jìn)裂紋的滋生與蔓延。所以, 隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng), 涂層逐漸被氧化, 內(nèi)部缺陷也會(huì)逐漸增多。這也印證了上文中關(guān)于涂層電阻率增加的觀點(diǎn)。

綜合涂層的斷面照片圖12(c)可以發(fā)現(xiàn), 涂層的整體結(jié)構(gòu)完整, 沒有出現(xiàn)晶間或?qū)娱g大裂紋, 也沒有明顯的氧化區(qū)域, 涂層依舊致密堆疊, 在宏觀層面表現(xiàn)出良好的電熱穩(wěn)定性。

圖11 MoSi2-30Al2O3涂層經(jīng)過5個(gè)加熱周期后的XRD圖譜

圖12 加熱5個(gè)周期后的MoSi2-30Al2O3涂層表面形貌(a)、截面形貌(b)及斷面形貌(c)及對(duì)應(yīng)點(diǎn)能譜圖(1)

3 結(jié)論

1) 熱噴涂態(tài)的電熱涂層體系整體結(jié)構(gòu)均勻致密, 層間咬合緊密。MoSi2-30Al2O3涂層主要物相包括t-MoSi2、hcp-MoSi2、Mo5Si3、Al2O3。

2)添加Al2O3的能改善MoSi2材料的電阻率及低溫抗氧化性。MoSi2-30Al2O3涂層的電阻率隨溫度上升而穩(wěn)定增加。在循環(huán)加熱測(cè)試中, MoSi2-30Al2O3涂層表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。在320 ℃進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí), 表面溫度分布均勻, 中段區(qū)域溫差能控制在25 ℃以內(nèi)。

3) MoSi2-30Al2O3涂層在400 ℃以上時(shí), 會(huì)因?yàn)镸oSi2的粉末氧化特性而失效。故MoSi2-30Al2O3電熱涂層應(yīng)在350 ℃以下使用以保證壽命。后期可通過改進(jìn)輥體結(jié)構(gòu), 增加面層隔離氧氣, 降低氧分壓以遏制Mo, Si的協(xié)同氧化, 從而進(jìn)一步改善涂層的低溫抗氧化性。

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Microstructure and Property of MoSi2-30Al2O3Electrothermal Coating Prepared by Atmospheric Plasma Spraying

ZHOU Yan-Zhe1,2, LIU Min2, YANG Kun2, ZENG Wei2, SONG Jin-Bing2, DENG Chun-Ming2, DENG Chang-Guang2

(1. School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 2. The Key Lab of Guangdong for Modern Surface Engineering Technology, National Engineering Laboratory for Modern Materials Surface Engineering Technology, Guangdong Institute of New Materials, Guangzhou 510650, China)

With MoSi2-30Al2O3mixed powders as the raw material, MoSi2-30Al2O3electrothermal coating was sprayed by atmospheric plasma spraying technology. The phase composition, microstructure and thermal stability of the coating were systematically studied by XRD, SEM, electrical test and differential thermal gravity analysis. The results show that MoSi2-30Al2O3electrothermal coating shows dense microstructure.Al2O3can improve the electrical resistivity and oxidation resistance of MoSi2materials in low temperature. The coating exhibits an excellent electrical-heating performance. In the heating cycle test, it could be heated to 320 ℃ stably and exhibit uniform thermal distribution in the surface area. The temperature variation in roll’s central area can be controlled within 25 ℃; Oxidation and thermal stress relaxation during heating cycle would generate cracks and pores in the coating which would increase electrical resistivity.

electrothermal material; MoSi2-Al2O3composite coating; atmospheric plasma spraying; electrical- heating performance

TQ174

A

1000-324X(2019)06-0646-07

10.15541/jim20180394

2018-09-03;

2018-10-31

廣州市珠江科技新星專項(xiàng)(201710010130); 廣東省科學(xué)院實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展能力建設(shè)專項(xiàng)(2017GDASCX-0111); 廣東省科技廳省屬科研機(jī)構(gòu)改革創(chuàng)新穩(wěn)定項(xiàng)目(2017A070701027); 廣東省科技項(xiàng)目(2014B070705007) Pearl River S&T Nova Program of Guangzhou (201710010130); GDAS’ Project of Science and Technology Development (2017GDASCX-0111); Science and Technology Planning Project of Guangdong Province, China (2017A070701027); Science and Technology Program of Guangzhou (2014B070705007)

周炎哲(1993-), 男, 碩士研究生. E-mail: 807537144@qq.com

劉敏, 教授. E-mail: liumin_gz@163.net