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近日，先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室张世宏教授团队在国际权威期刊《Journal of the European Ceramic Society》上发表连续退火线高温炉辊氧化物堆积防护涂层的最新研究成果，系统揭示了铁锰混合氧化物与相对滑动耦合作用下的堆积行为及涂层防护机制。我校为论文第一单位，博士研究生姜自滔为第一作者，张世宏教授、杨康老师为共同通讯作者。研究工作得到了安徽省杰青延续项目和安徽高校自然科学研究项目支持。
高温炉辊是连续退火线的关键输送部件，服役温度可达850～1300 ℃。钢带表面的Fe3O4、Mn3O4等氧化物会转移并积聚于辊面，引发辊印、裂纹和麻点等缺陷。已有研究多关注单一氧化物和静态接触，但实际工况中铁、锰氧化物往往共存，且钢带与炉辊之间存在相对滑动。为揭示混合氧化物与摩擦耦合作用下的堆积机制，团队选取不同ZrB2含量的CoNiCrAlY-ZrB2复合涂层，在1000 ℃、N2-3%H2气氛及Fe3O4/Mn3O4混合介质中开展静态和动态氧化物堆积试验，并结合增重动力学、物相与微观组织表征、热力学计算及热膨胀系数分析进行研究。
（静态氧化物堆积试验中涂层的宏观形貌、增重动力学曲线及抛物线速率常数）
（动态氧化物堆积试验中涂层的宏观形貌、增重动力学曲线及抛物线速率常数）
（m-ZrO2/r-BN/α-Al2O3混合陶瓷层的截面TEM分析结果）
结果表明，静态条件下15 wt.%涂层200 h后的增重最低，为19.51 ± 1.98 mg/cm2；动态条件下20 wt.%涂层表现最佳，200 h后的增重和抛物线速率常数分别为30.41 ± 1.58 mg/cm2和4.56 mg2/(cm4·h)。动态试验25 h后的表面形貌已接近静态试验100 h，说明滑动显著加快了氧化物堆积过程。Mn3O4优先与Al的氧化产物反应生成层状MnAl2O4，构成反应型堆积主体；摩擦犁削则不断暴露新鲜表面，并促使钢带材料剪切转移和黏附，形成黏附型堆积。涂层亚表层形成的m-ZrO2/r-BN/α-Al2O3混合陶瓷层，可阻隔界面反应并削弱堆积产物与涂层之间的结合。20 wt.%涂层与该混合陶瓷层的热膨胀匹配最佳，因此具有较优的动态抗氧化物堆积性能；ZrB2增至25 wt.%后，保护层不连续使其防护作用有所下降。
（CoNiCrAlY-ZrB2复合涂层在静态和动态条件下的氧化物堆积及防护机制示意图）
该研究将Fe3O4/Mn3O4混合介质与相对滑动同时纳入评价体系，区分了MnAl2O4主导的反应型堆积和钢带材料转移形成的黏附型堆积，并建立了ZrB2含量、亚表层混合陶瓷层稳定性与动态抗氧化物堆积性能之间的联系。相关结果为MCrAlY基复合涂层的成分设计及连续退火线高温炉辊表面防护提供了实验与机制依据。