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熱噴涂特種涂層技術(shù)的運用

特點：采用等離子噴涂和爆炸噴涂技術(shù)，在各種液壓缸、往復(fù)泵中的柱塞和活塞桿表面上噴涂特種陶瓷涂層?！　⊥怀鎏攸c在于：　　1.陶瓷涂層與鋼基體形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，有效利用熱噴涂的優(yōu)點，強度高且耐磨抗蝕；　　2.摩擦系數(shù)低、能耗小、減少摩擦能耗；　　3.對密封填料或?qū)ε技哪ズ男?，減少維修；　　4.使用壽命比鍍鉻件提高3～6倍，屬環(huán)保涂層技術(shù)?！　?yīng)用：此種熱噴涂技術(shù)廣泛適用于石油、化工、化纖、醫(yī)藥、食品、電力、冶金、艦船、水處理、水利、軍工領(lǐng)域用的往復(fù)泵柱塞，液壓缸活塞桿等。

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什么是熱噴涂的表面預(yù)處理

簡介:熱噴涂的表面預(yù)處理一般分成表面預(yù)加工，表面凈化和表面粗化(或活化)三個步驟來進行。　　1表面預(yù)加工：　　一是使工件表面適合于涂層沉積，增加結(jié)合面積；　　二是有利于克服涂層的收縮應(yīng)力。對工件的某些部位作相應(yīng)預(yù)加工以分散涂層的局部應(yīng)力，增加涂層的抗剪能力。常用的方法是切圓角和預(yù)制涂層槽。工件表面粗車螺紋也是常用的方法之一，尤其在噴涂大型工件時常用車削螺紋來增加結(jié)合面積?！　?表面凈化：　　常采用溶劑清洗，堿液清洗和加熱脫脂等方法，以除去表面油污，保持清潔度。常用的清洗溶劑有：汽油、丙酮、四氯化碳和三氯已烯。對大型修復(fù)工件常采用堿液清洗。堿液一般用氫氧化鈉或碳酸鈉等配制，這是一種較廉價的方法?！　?噴砂粗化處理：(這是熱噴涂重要的預(yù)處理方法。)　　噴砂可使清潔的表面形成均勻而凹凸不平的粗糙面，以利于涂層的機械結(jié)合。用干凈的壓縮空氣驅(qū)動清潔的砂粒對工件表面噴射，可使基材表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，去除表面氧化膜，使部分表面金屬產(chǎn)生晶格畸變，有利于涂層產(chǎn)生物理結(jié)合?；慕饘僭趪娚昂罂色@得干凈、粗糙和高活性的表面

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熱噴涂技術(shù)及方法

簡介:熱噴涂鋅的主要設(shè)備是壓縮空氣系統(tǒng)，氧氣、乙炔系統(tǒng)，金屬氣噴槍及膠管等?！　∷墓ぷ髟恚阂試姌屩械膲嚎s空氣為原動力，在驅(qū)動裝置推動下，鋅絲通過噴嘴，在氧一乙炔焰的加熱下，成為熔融體，借壓縮空氣使之霧化成微粒并噴射到工件上，形成熱噴涂鋅保護層。由于噴砂后的基體表面凹凸不平，散熱收縮后的金屬涂層能牢固地附在工件表面?！　娏弦螅骸　?.金屬噴涂用鋅絲純度不得低于99.99%。　　2.鋅絲應(yīng)光潔、無銹、無油、無折痕，直徑為2.0～3.0mm?！　娡抗に囈螅骸　?.噴涂用的壓縮空氣應(yīng)清潔、干燥，壓力不得低于0.4MPa?！　?.噴涂距離為100～200mm，噴槍盡可能與基體表面成直角，不得低于45°。　　3.噴槍移動速度，以一次噴涂厚度達到25～80μm為宜?！　?.各噴涂帶之間應(yīng)有1/3的寬度重疊，厚度應(yīng)盡可能地均勻?！　?.各噴涂層之間的噴槍走向應(yīng)相互垂直，以交叉覆蓋。　　6.涂層表面溫度降到70℃以下時，再進行下一層噴涂。

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什么是熱噴涂鋅

簡介:熱噴涂鋅的主要設(shè)備是壓縮空氣系統(tǒng)，氧氣、乙炔系統(tǒng)，金屬氣噴槍及膠管等?！　∷墓ぷ髟恚阂試姌屩械膲嚎s空氣為原動力，在驅(qū)動裝置推動下，鋅絲通過噴嘴，在氧一乙炔焰的加熱下，成為熔融體，借壓縮空氣使之霧化成微粒并噴射到工件上，形成熱噴涂鋅保護層。由于噴砂后的基體表面凹凸不平，散熱收縮后的金屬涂層能牢固地附在工件表面?！　娏弦螅骸　?.金屬噴涂用鋅絲純度不得低于99.99%?！　?.鋅絲應(yīng)光潔、無銹、無油、無折痕，直徑為2.0～3.0mm?！　娡抗に囈螅骸　?.噴涂用的壓縮空氣應(yīng)清潔、干燥，壓力不得低于0.4MPa?！　?.噴涂距離為100～200mm，噴槍盡可能與基體表面成直角，不得低于45°。　　3.噴槍移動速度，以一次噴涂厚度達到25～80μm為宜?！　?.各噴涂帶之間應(yīng)有1/3的寬度重疊，厚度應(yīng)盡可能地均勻?！　?.各噴涂層之間的噴槍走向應(yīng)相互垂直，以交叉覆蓋?！　?.涂層表面溫度降到70℃以下時，再進行下一層噴涂。

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電弧噴涂技術(shù)特點

電弧噴涂技術(shù)是一種低成本，高效，節(jié)能，操作靈活及涂層質(zhì)量穩(wěn)定，涂層結(jié)合強度高的技術(shù)，自身的優(yōu)點為其在防腐領(lǐng)域發(fā)揮作用提供了前提條件，為其在廣闊的領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。電弧噴涂技術(shù)具有以下優(yōu)點：　　1.準備工作簡單。只需要通過調(diào)節(jié)旋鈕一次設(shè)定噴涂參數(shù)，以后噴涂時不需要重復(fù)設(shè)定，為快速維修提供了條件，節(jié)省了時間，在再制造過程中減少了停車時間，降低了再制造的成本　　2.噴涂效率高。高速電弧噴涂的單位時間噴涂量遠遠大于火焰噴涂和等離子噴涂，適合于大面積噴涂，大大提高了工作效率。　　3.更換噴涂材料方便。電弧噴涂只涉及更換噴涂絲材，安全可靠，而火焰噴涂則要更換氣瓶，笨重危險　　4.安全性高。電弧噴涂技術(shù)僅使用電和壓縮空氣，不用氧和乙炔等易燃氣體，安全性高?！　?.成本低。電弧噴涂是一種十分經(jīng)濟的熱噴涂方法，它的能源利用率很高，加之電能的價格又遠低于氧和乙炔，其費用通常僅為火焰噴涂的1/10。通過電弧噴涂技術(shù)制備的防腐涂層成本大大降低。　　6.涂層質(zhì)量高。高速電弧噴涂技術(shù)提高了熔融粒子的飛行速度和霧化質(zhì)量，降低了涂層的空隙率，同時增加了涂層與基體的結(jié)合強度。

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熱噴涂材料選擇指導(dǎo)方法

正確地選擇涂層材料是確保所需涂層性能的關(guān)鍵性工作。在選擇涂層材料時，首先要考慮工件工況條件和涂層需具備的性能，還要考慮工件的材質(zhì)、批量、經(jīng)濟性以及擬采用的熱噴涂方法。根據(jù)涂層的功能，涂層大體可分為耐腐蝕涂層、耐磨損涂層、減摩與封嚴涂層、耐高溫熱障涂層、絕緣或?qū)щ娡繉?、尺寸修?fù)涂層等。 經(jīng)表面涂層后的工件在使甩中引起失效的原因往往不是單一因素引起的，所以在滿足工況條件要求和涂層性能之間不一定存在簡單關(guān)系。應(yīng)該詳細分析工況條件，并根據(jù)參考文獻或?qū)嶒灁?shù)據(jù)對涂層結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)、力學(xué)等性能進行綜合考慮，從而確定一種或幾種涂層材料。 耐磨損涂層是表面涂層技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。雖然涂層硬度與耐磨損性能之間有一個粗略關(guān)系，但硬度并不能完全代表表面涂層的耐磨性。因為不同的磨損類型對材料性能要求是不一樣的，而且在磨損的同時常伴有沖擊、腐蝕、疲勞和溫度等影響。 表面涂層材料的選擇不能盲目地追求高性能或高價格的涂層材料，造成不必要的浪費，材料價格的高低更不能作為選擇涂層材料好壞的標準，相反應(yīng)在滿足工作條件要求的前提下，盡可能采用價廉的涂層材料，在批量生產(chǎn)時尤為重要。例如，能用鎳基合金涂層材料就不用鉆基合金涂層材料。 在選擇表面涂層材料時，一般可按照下列步驟進行： （1） 分析工況條件和零件性能，了解失效原因及對涂層性能的要求； （2） 列出可供選擇的涂層材料； （3） 分析待選材料與基體材料的相容性及能夠采用的熱噴涂方法； （4） 必要時進行實驗室或現(xiàn)場試驗； （5） 綜合考慮使用壽命、成本和工廠條件，確定涂層材料； （6） 確定表面涂層方法并制定涂層工藝。 下面簡要介紹目前常用的涂層性能，為正確選擇噴涂工藝提供參考。 一般地說，采用熱噴涂層的主要目的有以下幾種：（1） 耐腐蝕涂層； （2）耐磨損涂層；（3） 減摩與封嚴涂層；（4） 耐高溫熱障涂層；（5） 絕緣或?qū)щ娡繉?；?） 尺寸修復(fù)涂層等等。不同的目的應(yīng)采用不同的涂層。 耐腐蝕涂層 耐腐蝕涂層材料的選擇比較復(fù)雜。零件的工作狀態(tài)、工作溫度、工作環(huán)境和各種腐蝕介質(zhì)都增加了對涂層材料的要求。腐蝕環(huán)境可能是水溶液、氣體或各種化學(xué)介質(zhì)，還可能具有寬廣的溫度范圍。在有燃氣存在的條件下，燃燒的氣體或未燃燒的燃料也可能在適當?shù)臏囟认屡c其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成很復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。防腐蝕的機理基本上有三種： （1） 排斥腐蝕環(huán)境。這主要是依賴于涂層不滲透腐蝕介質(zhì)，并不與腐蝕介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。 （2） 防止電化學(xué)腐蝕。也就是利用基體金屬和涂層材料的性質(zhì)，知道它們的氧化-還原電位，從而決定涂層對基體是陰極還是陽極，以及其電極電位如何等。涂層和基體材料若匹配不當就可能造成電化學(xué)腐蝕。 （3） 抑制腐蝕作用。通過使用化學(xué)腐蝕抑制劑作為噴涂層的密封劑可以起到某些防護作用。這種方法是多孔狀噴涂層用腐蝕抑制劑飽相或用無機密封劑填充。使用較薄的涂層就能達到完全排斥腐蝕環(huán)境的要求。在某些情況卞，耐腐蝕金屬也可以作為防腐蝕涂層，但大多數(shù)是采用氧化物陶瓷作為防腐蝕涂層。 耐腐蝕涂層主要有如下幾種： （1） 耐大氣腐蝕涂層 這類涂層耐下述條件的腐蝕，金屬或合金暴露在戶外或室內(nèi)的大氣中，但是不能浸漬在液體中，涂層在大氣中能抵抗風(fēng)、雨、陽光和其他氣候變化條件的腐蝕。所有的質(zhì)量評定都以戶外暴露獲得的結(jié)果為依據(jù)。在戶外使用的涂層在室內(nèi)也能很好地使用。 這類涂層有： a. 耐工業(yè)氣氛的涂層。這種涂層能承受具有煙塵或化學(xué)煙霧 （如大城市和重工業(yè)區(qū)等） 的惡劣氣氛。 b. 耐海洋氣氛腐蝕的涂層。這種涂層能承受海洋附近或具有鹽霧條件下的腐蝕，這種氣氛中具有大量的鹽分而且是潮濕的。 c. 耐農(nóng)村大氣腐蝕的涂層。農(nóng)村大氣中雖然沒有工業(yè)煙霧和海洋性氣候的鹽霧，但含有少許的污染物。 （2） 耐浸漬腐蝕涂層 浸漬腐蝕是金屬或其涂層暴露在液體中并且是全部或部分、或二者交替地受到浸漬，防腐蝕涂層必須能夠耐液面以上或液面以下環(huán)境的腐蝕。這類涂層有如下幾種： a. 耐食用淡水的涂層。這種涂層耐淡水，并且不能改變水的化學(xué)成分，以免不適于食用。 b. 耐非飲用淡水的涂層。這種涂層耐非飲用淡水，水溫不超52oC，PH值為5～10。 c. 耐熱淡水涂層。這種水系非飲用水，水溫在52～204 oC，PH值為5～10。 d. 耐鹽水腐蝕涂層。這種涂層可以全部或部分浸在靜止的或運動的食鹽水或海水中。 e. 化學(xué)和食品工業(yè)使用的涂層。這種涂層能耐諸如油、燃料和溶劑等的化學(xué)作用，并且能耐各種食品的腐蝕，但不能改變食品的化學(xué)成分和味道。 上述兩種耐腐蝕涂層可以采用電弧噴涂 （包括高速電弧噴涂）或火焰噴涂鋅或鋁來制備。 （3） 耐化學(xué)腐蝕涂層 這類涂層能承受各種酸、堿、鹽類的溶液、蒸汽和固體的腐蝕。這類涂層主要是各種鐵基、鎳基和鉆基合金、自熔性合金、有色金屬，氧化物陶瓷，碳化鉻和碳化鎢等金屬陶瓷。由于熱噴涂層都有一定的孔隙率，所以，各種涂層必須進行填充密封處理。密封劑本身也必須耐化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。 耐磨損涂層 零件磨損通常都伴隨著溫度升高，其原因或是由于摩擦引起的或是與工作環(huán)境有關(guān)。一般情況下，耐磨涂層應(yīng)用在遭受撞擊磨損的條件下或腐蝕環(huán)境中。因此，作為耐磨涂層必須堅硬、不易破碎，而且具有一定的耐熱和耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的性能。許多碳化物、氮化物、氧化物、鎳基或鉆基合金都具有這些性能。 由于使用環(huán)境、工作溫度和磨損條件的不同，磨損的情況比較復(fù)雜，歸納起來有如下4種情況： （1） 粘著磨損 這種耐磨涂層主要作為軟軸承和硬軸承表面使用。 a. 軟軸承表面。這種涂層可以使?jié)櫥瑒┲袛y帶的磨料粒子嵌入涂層內(nèi)，也能使軸承表面的基準線變形。軟軸承成本較低，但必須進行很好的潤滑，否則磨損速度太快。 b. 硬軸承表面。這種涂層可以用作高耐磨和硬軸承材料，能耐磨料磨損，減少劃痕和劃傷，可用于高負荷低速度的硬軸承表面上。 （2） 磨料磨損 a. 耐磨料粒子磨損的涂層。這種涂層能耐滑動表面之間的外來粒子的切削和劃槽作用，故涂層的硬度大于外來磨料粒子的硬度。在高溫下使用的涂層，其工作溫度為540~845oC，在低溫下使用的涂層，其工作溫度在540 oC以下。 b. 耐硬面磨損的涂層。這種涂層能耐硬面或含有硬磨料的軟面滑動磨損。涂層需光滑以減小磨損程度，還應(yīng)具有適當?shù)哪Σ料禂?shù)。在高溫下使用的涂層，其工作溫度為540~845 oC，在低溫下使用的涂層，其工作溫度在540oC以下。在低溫使用的耐硬面磨損的涂層中，還包括耐纖維和紡織線磨損的涂層。 （3） 表面疲勞磨損 a. 耐定向運動磨損的涂層。這種涂層能承受在軌道上滑動、滾動或撞擊引起的磨損，并足以承受連續(xù)的撞擊磨損。 b. 耐無定向運動磨損的涂層。這種涂層能耐相互接觸的表面發(fā)生小量位移引起的振動摩擦，由于接觸摩擦系統(tǒng)無定向運動，涂層的磨損是很難預(yù)料的，振動是這類磨損中常見的現(xiàn)象。這種涂層也分為高溫下使用和低溫下使用的兩類。 c. 耐氣蝕涂層。這種涂層能夠承受由于液體流的空穴造成的機械沖擊磨損，并具有韌性高、耐磨和耐腐蝕性能。 （4） 沖蝕磨損 這種涂層耐尖銳和堅硬粒子的沖蝕。這些粒子由氣體或液體傳遞并以一定速度運動。當粒子的沖蝕角度小于45o時，粒子沿表面飛行而產(chǎn)生磨料磨損。這時對涂層硬度的要求是主要的，當粒子的沖蝕角度大于45o時，涂層的韌性則是主要的。這種涂層也有在高溫和低溫條件下使用的兩種類型。 機械零件間隙控制涂層 （可磨耗密封涂層） 由氣體在壓力之下驅(qū)動的機器其機械效率取決于轉(zhuǎn)子的密封能力，密封能力高可以減小或防止氣體的泄漏，因此，要求轉(zhuǎn)子與定子之間具有非常緊密的配合間隙。由于轉(zhuǎn)動零件在工作條件下可能延伸或膨脹，而與靜止零件發(fā)生碰撞，所以，要制造具有緊密間隙的機器是很困難的，但使用可磨耗密封層即可解決這一問題。方法是在靜止零件上噴涂一層可磨耗封嚴層，通過轉(zhuǎn)動部分的零件，使涂層形成緊密尺寸配合的密封通道。 典型的可磨耗涂層用于噴氣發(fā)動機壓氣機匣和渦輪機匣上。涂層應(yīng)有足夠厚度，以使發(fā)動機裝配時，轉(zhuǎn)子葉片和機匣之間互相搭接。當發(fā)動機啟動時，葉片頂端與涂層磨擦，磨去一些涂層，形成通道，而葉片本身不受損傷，由于涂層適應(yīng)葉片徑向和軸向移動，每個葉片的頂端都能在涂層中獲得密封。在設(shè)計可磨耗涂層時，必須解決兩個根本對立的要求，即涂層不僅是可磨耗的，而且必須耐氣流的沖刷和粒子的沖蝕。因此有必要比較涂層的可磨耗性能相抗浸蝕性能，以及耐熱性能和抗化學(xué)腐蝕性能。 耐高溫熱障涂層 （1） 耐高溫涂層 這類涂層能改善基體零件的高溫工作條件，并能承受高溫條件下的化學(xué)或物理分解作用或由于腐蝕造成的化學(xué)損壞。 a. 耐大氣氧化涂層。這種涂層能防止基體由于高溫氧化造成的損壞。涂層的熔點高于工作溫度，在工作溫度下具有低蒸氣壓。不要求涂層承受機械磨損。

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超音速噴涂技術(shù)特點

采用超音速火焰噴涂工藝分別制備了WC_12Co、Cr3C2—25NiCr碳化物金屬陶瓷涂層，測定了涂層孔隙率、顯微硬度及磨粒磨損過程中涂層的質(zhì)量損失，探討了涂層磨損質(zhì)量損失與涂層種類及結(jié)構(gòu)的關(guān)系，利用掃描電鏡對涂層磨損表面形貌進行了觀察，分析了涂層的磨粒磨損失效機制。結(jié)果表明：制備的Cr3C2—25NiCr、WC-12Co涂層組織致密，孔隙率分別為1．36％和2．769／6，涂層與基體結(jié)合良好，顯微硬度分別為822HV和1132HV，涂層磨損質(zhì)量損失與磨損距離呈線性關(guān)系，Cr3C2—25NiCr涂層的磨損質(zhì)量損失約為WC-12Co涂層的3倍；犁溝切削是涂層磨粒磨損初期的主要特征，而碳化物顆粒的斷裂與剝落則是涂層磨損后期失效的主要原因。

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用超音速火焰噴涂法制備碳化鎢基涂

超音速火焰噴涂(high velocity oxyfuel spraying， HVOF)是20世紀80年代初在普通火焰噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型熱噴涂技術(shù)。它是利用氫、乙炔、丙烯、煤油等做燃料，用氧氣作助燃劑，在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒，產(chǎn)生2100m/s以上速度的超音速燃焰，同時將粉末送進火焰中，產(chǎn)生熔化或半熔化的粒子，高速撞擊在基體表面上沉積形成涂層。超音速火焰噴涂具有火焰速度高、溫度低、涂層結(jié)合強度高、致密性好、硬度高，孔隙率低、氧化物含量低等優(yōu)點。該工藝現(xiàn)在已發(fā)展到航空、冶金、紡機、汽車、鐵路等領(lǐng)域的大量應(yīng)用，代表了現(xiàn)代熱噴涂技術(shù)發(fā)展的方向。超音速火焰噴涂技術(shù)在帶來顯著社會效益的同時也具有顯著的經(jīng)濟效益。據(jù)市場估計，2015年超音速火焰噴涂工藝將在熱噴涂業(yè)擁有25%的市場。該技術(shù)具有火焰溫度相對較低(約 2600~3000℃)、焰流速度高，噴涂過程中可有效抑制和減少碳化鎢的分解，所獲涂層可保留碳化鎢相的耐磨特性，因此該工藝特別適合于噴涂耐磨性能良好的碳化鎢類材料，所獲碳化鎢涂層材料可以提供非常好的抗磨損和抗腐蝕性能。 中南大學(xué)報道了采用超音速火焰噴涂法在45#鋼表面制備碳化鎢基涂層的工作，取得了較好的效果。他們以WC、Co 、Cr 等為原料，根據(jù)WC10Co4Cr 成分配制原料，原料經(jīng)攪拌球磨、噴霧造粒和真空燒結(jié)制得各粉末塊體，然后通過破碎篩分、分級和合批控制噴涂粉末粒度為 15~45μm。經(jīng)檢測，所得噴涂粉末球形度高，流動性好(~13 s/50g)，粉末松裝密度相近(4.8~5.0 g/cm3)，單顆粉末呈疏松結(jié)構(gòu)；粉末物相均為 WC 和 Co 相。涂層試樣基體材料為 45#鋼，噴涂前基體表面經(jīng) 50~70目白剛玉噴砂處理，然后用壓縮空氣吹掃樣品表面。采用機械手固定的 Praxair JP8000超音速火焰噴槍制備碳化鎢基涂層。 對所獲涂層的檢測表明，涂層厚度達到300微米，沉積效率達到55.15%，孔隙率為0.32%；涂層物相主要由 WC 相組成，還含有少量 W2C相和非晶相或納米晶相，未出現(xiàn) W 或η相(Co6W6C、Co3W3C)，表明顆粒在焰流中停留時間極短，粉末脫碳程度小，涂層中保存了粉末中的 WC 硬質(zhì)相，有利于涂層耐磨性的提高。實驗中氧氣和煤油流量設(shè)定不變即噴涂時控制火焰溫度一致；加之采用新型噴槍和高 效率的冷卻系統(tǒng)，減少了脫碳程度。涂層脫碳程度小的主要原因有：（1）粉末中無η相；（2）該實驗氧氣流量和煤油流量設(shè)計有利于獲得相對較低的火焰溫度，（3）噴槍移動速度快和噴涂過程壓縮空氣的冷卻，使涂層受熱程度較低。 硬度、磨粒磨損和抗鹽霧腐蝕性能測試表明，涂層顯微硬度達到近1300HV，體積磨損量相當??；涂層在中性鹽霧腐蝕環(huán)境下360小時，仍然保持表面光滑并具有金屬光澤，未發(fā)生腐蝕，說明涂層耐腐蝕能力強。由于添加 Cr 后易于在涂層表面形成很薄的 Cr2O3陶瓷層，因而提高了該涂層的耐腐蝕性能。