乙醇燃料HVOF喷涂制备Tribaloy T400/T800涂层的高温磨损行为与机制研究

为解决高温工况下耐磨涂层的性能优化问题，研究人员采用新型乙醇燃料超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备Tribaloy T400/T800钴基合金涂层，通过调控氧/乙醇比(E1/E2参数)获得低孔隙率(＜1%)、高硬度(＞1000 HV)涂层。研究发现T800涂层因富含Laves相和Cr元素，在800℃高温下表现出最优耐磨性(磨损率2.74×10?4 mm3 N?1 m?1)，其磨损机制以氧化剥落为主。该研究为开发环保型高性能耐磨涂层提供了新思路。

　　

在高温极端工况下，机械设备的关键部件常面临严重磨损问题。传统钴基合金Tribaloy? T400/T800因其独特的Laves相(一种AB₂型金属间化合物)结构，成为耐高温磨损的首选材料。然而，现有热喷涂技术如等离子喷涂存在涂层氧化严重、孔隙率高等缺陷，而传统燃油HVOF(超音速火焰喷涂)工艺又面临环境污染问题。法国UTBM大学LERMPS实验室开发的乙醇燃料HVOF技术，以其燃烧温度低(1600-1700℃)、颗粒速度高(550-700 m/s)的特性，既能减少涂层氧化又符合环保要求，但该技术在Tribaloy涂层制备领域的应用尚未见报道。

为填补这一空白，浙江工业大学的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表研究，系统考察了乙醇HVOF工艺参数对涂层性能的影响。研究采用商业球形T400(Amdry 19155)和T800(Amdry 4192)粉末，通过调节氧/乙醇比建立E1/E2两组参数体系，在304不锈钢基体上制备涂层。关键技术包括：扫描电镜(SEM)分析微观结构，X射线衍射(XRD)鉴定物相，显微硬度仪测试力学性能，以及球-盘摩擦试验机开展室温/高温(400℃/800℃)磨损测试。

【初始微观结构】
SEM显示所有涂层均呈现典型层状结构，T800-E2参数下获得的涂层孔隙率最低(0.8±0.2%)。XRD证实涂层成功保留了原始粉末中的Co基固溶体和MoCr₂型Laves相，E2参数下T800涂层的Cr₂O₃衍射峰强度显著增强。

【室温磨损性能】
T400-E1和T800-E2涂层表现出最优异的耐磨性，磨损率分别为5.92×10^?4和2.74×10^?4 mm³ N^?1 m^?1。摩擦系数分析表明，T800涂层因Laves相含量高(约60 vol%)，其摩擦曲线波动更小，稳定性更好。

【高温磨损机制】
400℃下T400涂层呈现氧化磨损(生成Co₃O₄/MoO₃)与磨粒磨损的混合机制；而800℃时T800涂层表面形成连续Cr₂O₃保护层，磨损机制转变为以氧化剥落为主。能谱分析显示，高温磨损后T800涂层的氧含量比T400涂层低38%，证实了Cr元素对氧化抑制的关键作用。

该研究首次证实乙醇HVOF技术可制备高性能Tribaloy涂层，其中T800-E2参数组合在800℃下的磨损率比传统工艺降低约40%。特别值得注意的是，该工艺通过精确控制氧/乙醇比，实现了涂层孔隙率与氧化程度的平衡——乙醇流量对孔隙率的影响比氧气流量更显著，这一发现为工艺优化提供了明确方向。从应用角度看，研究不仅验证了乙醇HVOF的环保优势(减少50%以上碳排放)，更揭示了Cr元素含量与Laves相比例对高温耐磨性的协同作用机制，为开发新一代耐极端环境涂层材料奠定了理论基础。Shaowu Liu和Zhoukun Shi在讨论部分特别强调，这种绿色喷涂技术有望在航空发动机叶片、核电阀门等关键部件上实现工程化应用。