最新录用 | 当期目录 | 过刊浏览 | 热点文章 | 虚拟专辑 | 阅读排行 | 下载排行 | 引用排行 | 期刊订阅

中国腐蚀与防护学报, 2026, 46(1): 155-164 DOI: 10.11902/1005.4537.2025.217

增材制造与腐蚀专题

钼合金表面Si-ZrB2-Ti-Cr多元涂层的激光熔覆制备及高温抗氧化性能

刘海龙1, 王力,1, 赵卫国1, 韩嘉彧1, 王轻松1, 龙佳怡1, 贺星2, 高黎黎1, 王华3, 胡平,1

1.西安建筑科技大学冶金工程学院 功能材料加工国家地方联合工程中心 西安 710055

2.中国科学院宁波材料技术与工程研究所 海洋关键材料全国重点实验室 宁波 315201

3.西安精科华创材料分析检测有限公司 西安 710599

Preparation and High-temperature Oxidation Resistance of Laser Clad Si-ZrB2-Ti-Cr Multi-component Coatings on Mo-alloy

LIU Hailong1, WANG Li,1, ZHAO Weiguo1, HAN Jiayu1, WANG Qingsong1, LONG Jiayi1, HE Xing2, GAO Lili1, WANG Hua3, HU Ping,1

1.National and Local Joint Engineering Research Center for Functional Materials Processing, School of Metallurgical Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China

2.State Key Laboratory of Advanced Marine Materials, Ningbo Institute of Materials, Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China

3.Xi'an Head Accurate Materials Testing Co. Ltd., Xi'an 710599, China

通讯作者: 王力，E-mail：13269528303@163.com，研究方向为金属材料的腐蚀与防护;胡平，E-mail：huping@xauat.edu.cn，研究方向为难熔金属粉末冶金

收稿日期: 2025-07-08   修回日期: 2025-08-21  

基金资助: 国家自然科学基金.  52404410
国家自然科学基金.  52374401
陕西省自然科学基金青年项目.  2024JC-YBQN-0367
中国科协青年人才托举计划2023,陕西省三秦英才引进计划青年项目2023及陕西省重点研发计划.  2024QCYKXJ-116

Corresponding authors: WANG Li, E-mail:13269528303@163.com;HU Ping,E-mail:huping@xauat.edu.cn

Received: 2025-07-08   Revised: 2025-08-21  

Fund supported: National Natural Science Foundation of China.  52404410
National Natural Science Foundation of China.  52374401
Shaanxi Natural Science Foundation Youth Project.  2024JC-YBQN-0367
China Association for Science and Technology Young Talent Support Program 2023, Shaanxi Sanqin Talent Introduction Program Youth Project 2023 and Shaanxi Key R&D Program.  2024QCYKXJ-116

作者简介 About authors

刘海龙，2000年生，硕士研究生，研究方向为钼基合金表面抗氧化涂层制备。在本领域期刊发表学术论文1篇，申请国家发明专利1项。

王力，西安建筑科技大学冶金工程学院，副教授，硕士生导师，北京科技大学材料科学与工程专业博士。聚焦于增材制造金属腐蚀与防护研究。在CorrosionScience、JMST和AdditiveManufacturing等领域知名期刊发表学术论文40余篇，申请国家发明专利15项，参编《增材制造金属的腐蚀行为与机理》专著1部，获中国腐蚀与防护学会科学技术一等奖2项、中国有色金属工业协会科学技术奖一等奖1项，陕西省冶金科学技术一等奖1项。担任CorrosionCommunication、《中国腐蚀与防护学报》、《粉末冶金技术》等期刊青年编委。入选第九届中国科协青年人才托举工程、陕西省三秦英才引进计划青年人才，主持国家自然科学基金青年项目、陕西省自然科学基金青年项目、陕西省教育厅自然科学专项项目、西安市科学家+工程师首席科学家、高层次人才引进项目等。

摘要

钼合金具备高熔点、优良的导电导热性能和卓越的高温力学性能，在航空航天、核能核电等行业高温服役环境下应用广泛。然而，钼合金在高温服役环境下极易发生氧化导致构件失效。本文基于激光熔覆工艺，在钼合金表面制备了Si-ZrB2-Ti-Cr多元合金抗氧化涂层，并系统研究了不同激光功率对涂层组织、相组成及高温抗氧化性能的影响。结果表明，当激光功率为2000 W时，涂层以亚稳态Mo5Si3相为主，高温氧化过程中生成的MoO3易挥发，且未完全形成稳定的MoSi2相，抗氧化性能不足。当激光功率为3000 W时，涂层表面形成SiO2、TiO2、ZrO2氧化膜，厚度约900 μm，在1200 ℃氧化温度下表现出最佳抗氧化性能。当激光功率提升至4500 W时，过高的热输入导致基体Mo熔融挥发并混入涂层，氧化过程中Mo生成MoO3挥发，形成多孔结构，从而降低抗氧化性能。本研究为钼合金高温防护涂层的成分设计与工艺优化提供了参考。

关键词： 钼合金 ; 激光熔覆 ; 涂层 ; MoSi2 ; 抗氧化

Abstract

Mo-alloys are widely used in high-temperature environments foraerospace, nuclear energy and nuclear power industries due to their high melting point, excellent electrical and thermal conductivity and outstanding high-temperature mechanical properties. However, Mo-alloys are very susceptible to oxidation and failure in high-temperature service environments. In this study, Si-ZrB2-Ti-Cr multicomponent anti-oxidation coatings were fabricated on Mo-alloys via laser cladding, and the effect of laser power on themicrostructure, phase composition, and high-temperature oxidation resistance of the acquired coatings was systematically investigated. The results show that when the laser power for cladding is 2000 W, the main constituents of the coating is metastable Mo5Si3 phase rather than the stable MoSi2 phase, the metastable Mo5Si3 phase tens to generate MoO3 during high-temperature oxidation process, which is highly volatile,, thus the coating has poor oxidation resistance. When the laser power is 3000 W, the acquired coating is ~900 μm in thickness, which showed the best oxidation resistance at 1200 oC with formation of a dense oxide scale on surface composed of SiO2, TiO2, and ZrO2. As the laser power was increased to 4500 W, the excessive heat input caused too much Mo to be incorporated into the coating from the substrate. During the oxidation process MoO3 was prone to volatilize, making the oxide scale porous and loose, thereby reducing the oxidation resistance. These findings may provide a reference for further R & D of high-temperature protective coatings on Mo-alloys.

Keywords： Mo-alloy ; laser cladding ; coating ; MoSi2 ; oxidation resistance

PDF (2104KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

刘海龙, 王力, 赵卫国, 韩嘉彧, 王轻松, 龙佳怡, 贺星, 高黎黎, 王华, 胡平. 钼合金表面Si-ZrB2-Ti-Cr多元涂层的激光熔覆制备及高温抗氧化性能. 中国腐蚀与防护学报[J], 2026, 46(1): 155-164 DOI:10.11902/1005.4537.2025.217

LIU Hailong, WANG Li, ZHAO Weiguo, HAN Jiayu, WANG Qingsong, LONG Jiayi, HE Xing, GAO Lili, WANG Hua, HU Ping. Preparation and High-temperature Oxidation Resistance of Laser Clad Si-ZrB2-Ti-Cr Multi-component Coatings on Mo-alloy. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2026, 46(1): 155-164 DOI:10.11902/1005.4537.2025.217

钼合金由于具备较高熔点、优良的导电导热性能、低热膨胀系数和极好的高温力学性能，在航空航天、核能核电等行业高温服役环境下具有广泛的应用[1,2]。然而，钼合金在高温服役环境下会与空气反应并迅速氧化，其产生的MoO3氧化物不断升华损失，导致结构件快速失效[3]。因此，钼合金在高温服役环境中较差的抗氧化性能极大限制了其在高温环境下的应用，提高钼合金高温抗氧化性能具有重要意义[4,5]。

目前，提高钼合金高温抗氧化性能的主要方法有两种[6,7]，一是通过向钼合金中添加各种合金元素使其合金化，这种方法不需要对基体表面进行二次加工，也无需考虑涂层与基体的结合问题，但钼合金固溶合金含量较小，加入大量的合金元素以提高其抗氧化性能会显著降低钼及钼合金的加工性能，并对其高温下的力学性能产生不利影响[8,9]。此外，钼合金表面制备高温抗氧化涂层来提高其高温抗氧化能力更加高效且实用。其中，MoSi2涂层作为最常用的抗氧化涂层，在高温条件下能够在钼合金表面形成致密的SiO2保护膜，阻止氧气进一步渗透和氧化[10,11]。目前，硅化物涂层制备过程依然存在以下问题：(1) 常采用包埋渗工艺进行涂层制备，制备过程中需要超高的温度及高密度保护气体，因而，现场制备存在难度，且能耗及气体成本较高[12,13]；(2) 目前制备的硅化物涂层存在界面开裂、第二相析出及超高温度下服役过程抗氧化性能较差等问题，需要进一步优化硅化物涂层成分，实现涂层较高致密度，提高其超高温度下抗氧化性能[14~16]。因此，为解决上述问题，本文采用Si-ZrB2-Ti-Cr多元合金体系，通过激光熔覆技术制备钼合金抗氧化涂层，该设计基于以下考量：(1) 元素协同作用：Si作为基础成膜元素，高温下形成连续SiO2阻氧层；ZrB2中Zr可生成高熔点ZrO2，B促进玻璃相流动以提高自愈合能力；Ti贡献TiO2增强氧化膜致密性；Cr改善熔池润湿性，强化涂层/基体界面结合。(2) 解决现存单一硅化物缺陷：多元氧化物(SiO2-TiO2-ZrO2)形成致密复合膜，弥补单一SiO2膜的高温易挥发缺陷；激光熔覆一步成形避免包埋渗工艺的高温/高成本问题，并提升涂层与基体的冶金结合。

本文采用激光熔覆技术在钼合金表面制备Si-ZrB2-Ti-Cr多元合金涂层，引入ZrB2、Ti、Cr元素，形成多元复合相，提升氧化膜稳定性和抗裂性；采用激光熔覆实现涂层致密化与界面冶金结合，克服了传统工艺在现场制备与性能上的不足。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)研究不同激光功率对涂层微观组织及相组成的影响；通过氧化动力学实验和氧化后微观结构分析，探究不同激光功率多元合金涂层抗氧化性能及作用机理。

1 实验方法

本实验采用线切割制备50 mm × 20 mm × 8 mm的钼合金小块作为基体材料，其中钼合金成分为(质量分数，%)：Ti 0.50，Zr 0.08，C 0.02，余为Mo。针对熔覆前钼合金基体进行预处理，用80#、400#、1200#、1500#、2000#水砂纸打磨基体表面，接着用酒精超声波清洗，然后烘干备用。选取Si粉、ZrB2粉、Ti粉、Cr粉作为熔覆涂层成分，控制每组粉末共500 g，Si粉、ZrB2粉、Ti粉、Cr粉的质量比为2∶1∶1∶1。将Si-ZrB2-Ti-Cr混合粉末用球磨机搅拌，转速为200 r/min，正反正反转交替进行，各持续1 h。混合好后的粉末形貌及能谱分析(EDS)结果如图1所示。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   混合粉末的形貌及EDS面扫能谱结果

Fig.1   Morphology of the mixed powder and corresponding EDS surface mapping results


激光熔覆实验在Laserline LDF6000-100激光柔性增材制造系统上进行，实验设备由送粉器、工作台、半导体激光器等组成。实验采用同轴送粉方式，高纯氩气作为保护气体，激光光斑直径为3 mm，扫描速度为800 mm·min-1，气体流量为5 L·min-1，在2000、3000和4500 W不同功率下制备尺寸为50 mm × 20 mm × 8 mm的试样[17,18]。

通过ZEISSGeminiSEM300型场发射SEM对Si-ZrB2-Ti-Cr涂层的表面与截面微观形貌进行观察。采用自带能谱分析仪研究涂层表面及截面成分。采用D8 ADVANCE XRD研究涂层表面物相组成，分析涂层中各主要元素的结合方式，研究样品表面的化学信息，进一步确定其中各个组分的存在形式，从而定性分析其化学态与分子结构。

通过电火花切割机将涂层样品切割成10 mm × 10 mm × 8 mm的块状样品。样品依次用70#~2000#砂纸打磨。细磨后，将样品抛光至有光泽，置于充满酒精的烧杯中超声波清洗10 min，最后干燥用于抗氧化实验。

抗氧化性能利用RHF1400的马弗炉进行测试。将制备好涂层的样品经超声波清洗干净并风干后，除涂层的5个面均匀涂上K-704有机硅密封胶，防止氧化过程中氧气接触到非涂层面。采用马弗炉进行抗氧化性能测试：试样从室温入炉，在1200 ℃空气中氧化1 h，随后在空气中冷却。

氧化步骤后利用SEM、EDS及XRD的检测方法，观察试样表面微观形貌，探究其成分变化，研究不同功率制备的涂层试样在1200 ℃下的氧化行为，分析其氧化机理。

2 结果与讨论

2.1 宏观形貌

图2为不同激光功率下制备涂层试样的宏观形貌。可以看出，所有涂层均呈现层状条纹形貌，表面较粗糙，且不同样品粗糙度大小不同，表面无明显开裂、剥落等宏观缺陷。由此可以看出，2000~4500 W均为较合理的激光熔覆功率范围。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   不同激光功率下涂层的宏观形貌

Fig.2   Macroscopic morphologies of coating under different laser powers: (a) 2000 W; (b) 3000 W; (c) 4500 W


2.2 微观形貌

图3为不同功率制备的涂层截面SEM结果。由此可知，不同功率下的涂层均存在纵向裂纹缺陷，但裂纹的数量和尺寸并无显著差异，涂层与基体之间均有良好的冶金结合，熔合线处无明显裂纹缺陷。并且随着功率的增大，涂层的厚度增加[19,20]。

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   不同激光功率下涂层截面的微观形貌

Fig.3   Cross-sectional microstructure of coatings prepared at different laser powers: (a, b) 2000 W; (c, d) 3000 W; (e, f) 4500 W


图4为2000 W功率制备的涂层截面及EDS能谱图。由此可知，涂层有明显的纵向裂纹缺陷贯穿整个涂层，基体部分主要为Mo，并伴有少量Zr和B。Si、Ti、Cr在涂层中均匀分布，涂层致密且厚度可以保证，涂层与基体间具有良好的冶金结合，熔合线处无明显裂纹缺陷。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   激光功率为2000 W时涂层截面的形貌及能谱结果

Fig.4   Cross-sectional morphology (a) and EDS analysis results (b, c) of the coating prepared at a laser power of 2000 W


图5为3000 W功率制备的涂层截面EDS能谱图。如图所示，涂层厚度相对2000 W时明显增加，归因于功率增加温度升高，受热融化粉末增多，涂层厚度增加，约为900 μm。Si、Ti、Cr在涂层中均匀分布，并有少量Mo在制备过程中混入涂层。从截面可明显观察到有孔洞，这可能是因为功率提升后热输入过大导致熔池剧烈波动，形成气泡滞留[21,22]。

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   激光功率为3000 W时涂层截面形貌及能谱结果

Fig.5   Cross-sectional morphology (a) and EDS analysis results (b, c) of the coating prepared at a laser power of 3000 W


图6为4500 W功率制备的涂层截面EDS能谱图。由图可知，涂层表面出现一层较薄的Si、Ti、Cr聚集层，表明在制备过程中由于温度过高就形成了氧化层。同时，随着功率提高至4500 W，熔池尺寸增大，涂层厚度提高，且能谱分析表明，涂层中混入高含量的Mo，这主要归因于较高的激光能量，导致基体Mo熔化/挥发，最终引入涂层内部[23]。

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   激光功率为4500 W时涂层截面形貌及能谱结果

Fig.6   Cross-sectional morphology (a) and EDS analysis results (b, c) of the coating prepared at a laser power of 4500 W


为了探究表面涂层的物相组成，图7为不同激光功率制备的涂层表面XRD图谱。可以看出，功率为2000 W时涂层的主要成分为ZrO2、TiO2、SiO2以及较多的Mo5Si3相，这归因于功率较小能量密度低，该区域没有形成足够的、具有优异保护性的MoSi2相，从而停留在亚稳态Mo5Si3相，随时间的进行，Mo5Si3氧化会生成MoO3挥发。随着功率的提高，3000 W时涂层中成分主要为ZrO2、SiO2、TiO2和少量Mo5Si3以及Ti5Si3，表明元素开始合金化，Ti5Si3作为高温稳定相，能够提升抗氧化性能。而4500 W时涂层的成分主要是ZrO2、TiO2和SiO2，同时，结合图6截面分析可知，涂层内部存在大量Mo富集。

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7   不同激光功率制备的涂层表面XRD图谱

Fig.7   XRD patterns of coating surface prepared at different laser powers


2.3 氧化行为

试样经氧化实验后称重可知，3000 W时熔覆样品质量变化情况较小，仅为589 mg/cm2，而2000 W和4500 W熔覆的样品质量变化较明显，这主要归因于2000 W时功率小能量密度较低，未能提供原子充分的扩散时间形成MoSi2相，从而停留在亚稳态的Mo5Si3相，而Mo5Si3氧化时会生成可挥发的MoO3，从而涂层在氧化过程中起到的保护作用差导致失效严重；4500 W时由于功率过高导致基体中Mo混入涂层，因而在氧化过程中形成MoO3挥发导致涂层存在大量孔洞[24,25]。相比而言，在3000 W时制备的多元合金涂层抗氧化效果更佳。

图8为氧化后所得试样的宏观形貌。由图可知，2000 W制备的涂层氧化后试样表面存在明显的开裂，涂层局部脱落。当功率为3000 W时制备的涂层氧化后外形完整无明显变化，与氧化前相比粗糙度变大。4500 W制备的涂层经氧化后表面存在较大的裂纹，明显看到涂层已经失效，存在较多的孔隙[26]。3组氧化后试样的宏观形貌对比可以看出，3000 W制备的涂层对钼合金基体有着明显的保护作用，可有效缓解氧化引起的的质量损失及外形变化。

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8   不同激光功率制备的涂层氧化后的宏观形貌

Fig.8   Macroscopic morphologies of the coating after oxidation prepared by different laser powers: (a) 2000 W, (b) 3000 W, (c) 4500 W


图9为不同功率制备的涂层样品经氧化后截面EDS能谱结果。图9a中可以看出激光功率为2000 W制备的涂层样品氧化后Si、Ti、Zr均有在表面聚集，但形成的氧化膜不连续。究其原因是制备时功率太小，涂层中没有充分形成MoSi2相，存在亚稳态Mo5Si3相，导致氧化时在表面未形成连续的氧化膜，并且氧气从不连续处渗入涂层内部，加速失效[27,28]。当激光功率为3000 W时制备的涂层均匀完整、缺陷较少，明显看到表面形成的一层连续氧化膜，涂层中各类元素均匀分布。激光功率为4500 W制备的涂层氧化后表面密度降低，存在大量的孔隙，这是由于功率过大，导致Mo混入涂层，在氧化过程中形成MoO3挥发导致涂层失效[29~31]。结果表明，3000 W制备的涂层在1200 ℃下仍具有优异的保护性能，并保持一定耐久性。

图9

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图9   涂层样品经氧化后截面EDS能谱结果

Fig.9   EDS spectrum results of the cross-section of the coating sample after oxidation: (a) 2000 W, (b) 3000 W, (c) 4500 W


图10为不同激光功率制备的Si-ZrB2-Ti-Cr涂层在1200 ℃下氧化机理图。随着氧化温度的升高，多元合金涂层表面逐渐形成Si、Ti、Cr的氧化物，阻碍了氧气向基体的扩散，从而提升钼合金的抗氧化性[32,33]。然而，由于涂层制备时的激光功率不同，导致涂层表面所产生的氧化物均有所差异。当激光功率为2000 W时，能量密度低，涂层中存在亚稳态Mo5Si3相，且未能充分形成MoSi2相。氧化过程中，Mo5Si3易氧化生成MoO3挥发，表面难以形成连续致密的氧化膜，加速失效。在3000 W条件下制备的涂层均匀完整、缺陷较少，且与氧化前形貌变化不大，涂层厚度保持良好。其表面形成致密的Si、Ti、Zr氧化物层，显著抑制了氧化反应，为减少高温条件下的质量损失提供了有效屏障[34,35]。当功率提高至4500 W时，过高的热输入导致基体中的Mo熔融并混入涂层，使表面Si元素含量降低并产生明显空隙，进而降低涂层的致密性和抗氧化性能。

图10

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图10   不同功率下涂层的氧化机理图

Fig.10   Schematic diagrams of the oxidation mechanisms of coatings prepared at different laser powers: (a) 2000 W, (b) 3000 W, (c) 4500 W


3 结论

(1) 当功率为2000~4500 W时涂层均存在裂纹缺陷，但数量和尺寸无显著差异，涂层与基体之间均有良好的冶金结合。随着功率的增大，涂层的厚度增加，各元素在涂层中均匀分布。激光功率为2000 W时涂层的主要成分为ZrO2、TiO2、SiO2以及亚稳态Mo5Si3相；功率为3000 W时涂层中成分主要为ZrO2、SiO2、TiO2以及Ti5Si3；4500 W时涂层的成分主要是ZrO2、TiO2和SiO2。

(2) 当试样在1200 ℃氧化1 h后，2000 W制备的涂层出现开裂和脱落，归因于激光功率低，存在亚稳态Mo5Si3相，涂层中没有完全形成MoSi2相，从而MoSi2在氧化时不能形成一层连续的氧化膜，并且Mo5Si3高温生成MoO3致使失效；3000 W制备的涂层均匀完整、缺陷较少，表层明显可以看出一层连续致密氧化膜；4500 W时由于功率过高导致基体中Mo混入涂层，因而在氧化过程中形成MoO3挥发导致涂层存在大量孔洞失效。相比而言，在3000 W时制备的多元合金涂层抗氧化效果更佳。

参考文献

Wei Y, Yang H L, Tao L Z, et al.

Research progress and development of strengthening-toughening methods for molybdenum alloys prepared by powder metallurgy

[J]. J. Alloy. Compd., 2025, 1010: 177099

DOI      URL     [本文引用: 1]

Wang Y, Wang D Z, Sun A K, et al.

The advance on the oxidation resistance coatings of molybdenum and its alloys

[J]. Mater. Rep., 2012, 26(1): 137

[本文引用: 1]

汪 异, 王德志, 孙翱魁 等.

钼及其合金氧化防护涂层的研究进展

[J]. 材料导报, 2012, 26(1): 137

[本文引用: 1]

Zhou H D, Zhang Y L, Xia C L, et al.

Oxidation behavior of molybdenum alloy coatings at 1200 oC

[J]. Powder Metall. Technol., 2025, 43: 123

[本文引用: 1]

周红灯, 张玉玲, 夏春林 等.

钼合金涂层在1200 ℃下的氧化行为

[J]. 粉末冶金技术, 2025, 43: 123

[本文引用: 1]

Zhang Y Y, Li Y G, Bai C G.

Microstructure and oxidation behavior of Si-MoSi2 functionally graded coating on Mo substrate

[J]. Ceram. Int., 2017, 43: 6250

DOI      URL     [本文引用: 1]

Li F J, Chen M H, Zhang Z M, et al.

Preparation and thermal shock behavior of a metal-enamel high-temperature protective coating

[J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2019, 39: 411

[本文引用: 1]

李烽杰, 陈明辉, 张哲铭 等.

金属搪瓷高温防护涂层的制备及其抗热震行为研究

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2019, 39: 411

DOI      [本文引用: 1]

以低软化点的硼硅酸盐搪瓷作为粘结相，制备了金属搪瓷高温防护涂层，并研究了涂层的抗热震剥落行为。结果表明，硼硅酸盐搪瓷中含有SiO<sub>2</sub>的比例越高，搪瓷软化点越高。在硼硅比为0.6 (质量分数) 时，该搪瓷软化温度高于750 ℃。热震结果显示，含20%镍颗粒的金属搪瓷复合涂层抗热震性能优异，热震30次后涂层表面完好；而无金属颗粒添加或者金属含量过高 (40%) 时，热震条件下搪瓷涂层易开裂剥落。

Cui C P, Li Q, Fan M Y, et al.

Development status and prospects of molybdenum alloys

[J]. Chem. Enterp. Manage., 2024, (14): 54

[本文引用: 1]

崔超鹏, 李 强, 范梦宇 等.

钼合金的发展现状及展望

[J]. 化工管理, 2024, (14): 54

[本文引用: 1]

Guo M, Luan C H, Qu J F, et al.

Research progress of high-strength molybdenum alloys and their composite materials

[J]. Mater. Rep., 2023, 37(): 348

[本文引用: 1]

郭 敏, 栾承华, 曲俊峰 等.

高强钼合金及其复合材料的研究进展

[J]. 材料导报, 2023, 37(): 348

[本文引用: 1]

Cai Z Y, Liu S N, Xiao L R, et al.

Oxidation behavior and microstructural evolution of a slurry sintered Si-Mo coating on Mo alloy at 1650 oC

[J]. Surf. Coat. Technol., 2017, 324: 182

DOI      URL     [本文引用: 1]

Wang X J, Yang J Z, Hu B L, et al.

Investigation on the recrystallization and mechanical properties of a novel TZM alloy with heat treatment

[J]. Mater. Lett., 2024, 361: 136092

DOI      URL     [本文引用: 1]

Yue G, Li N, Luo Y C, et al.

Research progress on the interface diffusion induced degradation and anti-diffusion technology of silicide coatings on refractory alloys

[J]. China Tungsten Ind., 2024, 39(3): 10

[本文引用: 1]

岳 高, 李 宁, 骆玉城 等.

难熔合金硅化物涂层界面扩散致退化与阻扩散技术研究进展

[J]. 中国钨业, 2024, 39(3): 10

[本文引用: 1]

Zhao G, Liu J, Zhou X J, et al.

Study on preparation and performance of composite silicide coating on Nb-W alloy for space engine

[J]. Rare Met. Cemented Carbides, 2023, 51(5): 44

[本文引用: 1]

赵 刚, 刘 尖, 周小军 等.

航天发动机用铌钨合金复合硅化物涂层制备及性能研究

[J]. 稀有金属与硬质合金, 2023, 51(5): 44

[本文引用: 1]

Zhai R X, Song P, Huang T H, et al.

Microstructure and oxidation behaviour of MoSi2 coating combined MoB diffusion barrier layer on Mo substrate at 1300 oC

[J]. Ceram. Int., 2021, 47: 10137

DOI      URL     [本文引用: 1]

Li T T.

Preparation and research of high temperature oxidation resistance coating on molybdenum alloy

[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2021

[本文引用: 1]

李婷婷.

钼合金表面高温抗氧化涂层的制备与研究

[D]. 西安: 西安理工大学, 2021

[本文引用: 1]

Tian X D, Guo X P, Sun Z P, et al.

Oxidation resistance comparison of MoSi2 and B-modified MoSi2 coatings on pure Mo prepared through pack cementation

[J]. Mater. Corros., 2015, 66: 681

[本文引用: 1]

Long J Y, Wang L, Zhao W G, et al.

Effect of PVB addition on microstructure and oxidation resistance of silicide coatings on TZM Mo-alloy by slurry method

[J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2025, 45: 1717

龙佳怡, 王 力, 赵卫国 等.

料浆法聚乙烯醇缩丁醛添加量对钼合金硅化物涂层微观结构及抗氧化性能的影响

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2025, 45: 1717

DOI     

采用料浆烧结法在TZM (Ti-Zr-Mo)合金表面制备不同含量粘结剂的硅化物涂层，采用扫描电镜、X射线衍射仪研究不同粘结剂含量涂层微观结构及物相组成，进而探究了涂层高温抗氧化性能。结果表明，在聚乙烯醇缩丁醛(PVB)含量(质量分数)低于10%时，随着PVB含量的提高，裂纹数目减少且宽度减小，氧化失重相对较少；但在当PVB含量高于10%时，裂纹和失重情况并无明显改善；PVB含量在10%情况下达到最优效果。随着氧化持续进行，Si元素持续贫化导致涂层最终失效。

Wang Y.

Preparation and properties of Mo-based alloys oxidation resistance coatings at elevated temperature

[D]. Changsha: Central South University, 2014

[本文引用: 1]

汪 异.

钼基合金高温抗氧化涂层的制备及其性能研究

[D]. 长沙: 中南大学, 2014

[本文引用: 1]

Zhao W G, Wang L, Hu P, et al.

Enhancing the oxidation resistance of TZM alloy by laser-clading MoSi2-TiVAlZrNb composite coating

[J]. Surf. Coat. Technol., 2024, 478: 130471

DOI      URL     [本文引用: 1]

Wang Y, Wang D Z, Yan J H, et al.

Preparation and characterization of molybdenum disilicide coating on molybdenum substrate by air plasma spraying

[J]. Appl. Surf. Sci., 2013, 284: 881

DOI      URL     [本文引用: 1]

Zhang W, Shang X H, Hu M L, et al.

Effect of laser power on microstructure and wear resistance of laser cladding Stellite 6 alloy coatings

[J]. Powder Metall. Technol., 2025, 43: 170

[本文引用: 1]

张 维, 尚宪和, 胡明磊 等.

激光功率对激光熔覆Stellite 6合金涂层微观组织及耐磨性能的影响

[J]. 粉末冶金技术, 2025, 43: 170

[本文引用: 1]

Hu K K, Tian Y X, Jiang X Z, et al.

Microstructure regulation and performance of titanium alloy coating with Ni interlayer on the surface of mild steel by laser cladding

[J]. Surf. Coat. Technol., 2024, 487: 130939

DOI      URL     [本文引用: 1]

Li M K, Huang K P, Yi X M.

Crack formation mechanisms and control methods of laser cladding coatings: A review

[J]. Coatings, 2023, 13: 1117

DOI      URL     [本文引用: 1]

Laser cladding, a novel surface treatment technology, utilizes a high-energy laser beam to melt diverse alloy compositions and form a specialized alloy-cladding layer on the surface of the substrate to enhance its property. However, it can generate substantial residual stresses during the rapid cooling and heating stages, due to inadequate selection of cladding process parameters and disparities in thermophysical properties between the clad layer and substrate material, leading to the formation of various types of cracks. These cracks can significantly impact the quality and performance of the coating. This paper presents a comprehensive review of crack types and their causes in laser cladding coatings, and identifies that three primary sources of residual stresses, thermal stress, organizational stress, and restraint stress, are the fundamental causes of crack formation. The study proposes several strategies to control coating cracks, including optimizing the coating layer material, refining the coating process parameters, incorporating heat treatment, applying auxiliary fields, and utilizing numerical simulations to predict crack initiation and propagation. Additionally, the paper summarizes crack control methods for emerging structural materials and novel preparation processes. Lastly, the paper analyzes the prospects, technical approaches, and key research directions for effectively controlling cracks in laser cladding coatings.

Syrtanov M S, Kashkarov E B, Abdulmenova A V, et al.

High-temperature oxidation of Zr-1Nb zirconium alloy with protective Cr/Mo coating

[J]. Surf. Coat. Technol., 2022, 439: 128459

DOI      URL     [本文引用: 1]

Yan J H, Lin Y Z, Wang Y, et al.

Refractory WMoNbVTa high-entropy alloy as a diffusion barrier between a molybdenum substrate and MoSi2 ceramic coating

[J]. Ceram. Int., 2022, 48: 11410

DOI      URL     [本文引用: 1]

Deng L.

Study on the organization and properties of anti-temperature oxidation coating by laser cladding on molybdenum surface

[D]. Chongqing: Chongqing University of Technology, 2024

[本文引用: 1]

邓 浪.

钼表面激光熔覆抗高温氧化涂层组织及性能研究

[D]. 重庆: 重庆理工大学, 2024

[本文引用: 1]

Cui H X.

Design, preparation and tribological properties of laser cladding Cu-Mo coating

[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2024

[本文引用: 1]

崔鸿勋.

激光熔覆Cu-Mo涂层的设计制备及摩擦学性能研究

[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2024

[本文引用: 1]

Yuan X H, Li D J, Wang T J, et al.

Oxidation behavior of three different Ni-Cr coatings in 630 oC/25 MPa supercritical water

[J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2024, 44: 119

[本文引用: 1]

袁小虎, 李定骏, 王天剑 等.

超临界水环境中三种Ni-Cr涂层氧化特性研究

[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2024, 44: 119

[本文引用: 1]

Iizuka T, Kita H.

Oxidation behavior and effect of oxidation on mechanical properties of Mo5Si3 particle-reinforced Si3N4 composites

[J]. Mater. Sci. Eng., 2004, 374A: 115

[本文引用: 1]

Wang D Z, Liu X Y, Zuo T Y.

Low temperature oxidation behavior of MoSi2-Mo5Si3 composites

[J]. Rare Met. Mater. Eng., 2002, 31: 48

[本文引用: 1]

王德志, 刘心宇, 左铁镛.

MoSi2-Mo5Si3复合材料的低温氧化行为

[J]. 稀有金属材料与工程, 2002, 31: 48

[本文引用: 1]

Zhang H X, Chen L, Chen H.

Study on preparation and oxidation properties of Mo5Si3-Al2O3 composites

[J]. Powder Metall. Ind., 2016, 26(3): 55

[本文引用: 1]

张红霞, 陈 莉, 陈 辉.

Mo5Si3-Al2O3复合材料的制备及抗氧化性能研究

[J]. 粉末冶金工业, 2016, 26(3): 55

[本文引用: 1]

Alam M Z, Venkataraman B, Sarma B, et al.

MoSi2 coating on Mo substrate for short-term oxidation protection in air

[J]. J. Alloy. Compd., 2009, 487: 335

DOI      URL    

Majumdar S.

Formation of MoSi2 and Al doped MoSi2 coatings on molybdenum base TZM (Mo-0.5Ti-0.1Zr-0.02C) alloy

[J]. Surf. Coat. Technol., 2012, 206: 3393

DOI      URL     [本文引用: 1]

Yu C, Liu Z, Qin Y, et al.

Preparation and structural properties of MoSi2 coatings on molybdenum-rhenium alloys

[J]. J. Inner Mongolia Univ. Sci. Technol., 2024, 43: 200

[本文引用: 1]

喻 冲, 刘 喆, 秦 媛 等.

钼铼合金表面MoSi2涂层制备及其结构性能

[J]. 内蒙古科技大学学报, 2024, 43: 200

[本文引用: 1]

Liang Z F, Liang Z Z, Zhang J L, et al.

Research on wear resistance of MoSi2 particle reinforced Co based coatings by laser cladding

[J]. Mater. Prot., 2024, 57(3): 88

[本文引用: 1]

梁泽芬, 梁泽忠, 张继林 等.

激光熔覆MoSi2颗粒增强Co基涂层的耐磨性能研究

[J]. 材料保护, 2024, 57(3): 88

[本文引用: 1]

Lu J, Weng Y T, Wan A H, et al.

Unveiling the effect of Si on the microstructure and properties of AlFeCoCrNi high entropy alloy coating

[J]. J. Therm. Spray Technol., 2023, 32: 2250

DOI      [本文引用: 1]

Zhang Z Y, Park Y, Kim D H, et al.

High-temperature oxidation performance of novel environmental barrier coating 50HfO2-50SiO2/Y x Yb(2- x)Si2O7 at 1475 oC

[J]. J. Eur. Ceram. Soc., 2023, 43: 1127

DOI      URL     [本文引用: 1]

/

〈 〉


版权所有 © 2017 《中国腐蚀与防护学报》编辑部　
地址: 沈阳市文化路72号, 中国科学院金属研究所(110016)
电话: +86-024-23971318，024-23971819　E-mail: jcscp@imr.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发 技术支持：support@magtech.com.cn