Het korrosion och cyklisk oxidation hos CoMoCrSi + Cr₃C₂-kompositbeläggningar på MDN 420-stål med HVOF-sprutprocess

Skydda metaller i extrem värme

Moderna motorer, kraftverk och industriella pannor arbetar så varmt och under så korrosiva förhållanden att deras metalldelar bokstavligen kan nötas bort över tid. Att byta ut dessa komponenter är både kostsamt och riskfyllt. Denna studie undersöker en särskild skyddsbeläggning, sprutad på ett vanligt höghållfasthetsstål, som syftar till att förhindra att delarna rostar, spricker och smulas sönder när de utsätts för intensiv värme och aggressiva saltsediment.

Varför heta metaller faller sönder

I många turbiner, pannor och kemiska anläggningar utsätts metalldelar både för höga temperaturer och för korrosiva kemikalier. Syre i luften bildar långsamt oxidlager, medan smälta salter — som till exempel kan bildas av bränslen förorenade med natrium och vanadin — kan angripa dessa oxider och öppna snabba vägar för vidare skada. Bare stål som exponeras för sådana förhållanden ökar i vikt när tjocka, flagande oxidskikt växer, för att sedan förlora material när dessa skikt lossnar. Med tiden leder denna cykel av tillväxt och avflagning till uttunning, sprickbildning och haveri i kritiska komponenter.

En tålig ny rustning för stål

Forskningen fokuserade på MDN 420-stål, ett martensitiskt rostfritt stål som används i krävande tillämpningar, och täckte det med en kompositbeläggning bestående av kobolt, molybden, krom och kisel, förstärkt med hårda kromkarbidpartiklar. Med en höghastighets oxy-fuel (HVOF)-sprutpistol sköt de detta pulver i supersoniska hastigheter mot stålplåtar och byggde upp ett tätt lager på cirka två tiondelar av en millimeter. Noggrann styrning av sprutprocessen gav en beläggning med låg porositet och en ytråhet som lämpar sig för nötningstålighet. Mikroskopiska undersökningar visade en kompakt struktur med välfördelade hårda partiklar och endast små sprickor och porer, medan hårdhetstest visade att den belagda ytan var mer än tre gånger hårdare än det underliggande stålet.

Hur beläggningen motverkar värme och salt

För att bedöma beläggningens effektivitet utsattes både belagda och obelagda stålexemplar för upprepade uppvärmnings- och kylcykler till 700 °C, antingen i luft (för oxidationsprov) eller i en blandning av smält natriumsulfat och vanadiumoxid (för hetkorrosionstest). I luft främjade beläggningen tillväxten av tunna, kontinuerliga lager av kromoxid och kiseldioxid vid ytan. Dessa lager fungerade som en tät hud som fördröjde syrets inåtgående diffusion och tätade mikrospringor mellan sprutsplatters. Som ett resultat ökade belagda prover mycket mindre i vikt än barstål, vilket motsvarar betydligt mindre oxiduppbyggnad, och deras oxidationshastighet förblev låg och stabil över 50 cykler.

Vad som händer i ett saltbad

De smälta saltsproven var mycket mer aggressiva och efterliknade förhållanden i pannor och turbiner där natrium- och vanadikföreningar kan smälta och våta heta metallytor. Här överträffade beläggningen fortfarande barstål: viktökningar och korrosionshastigheter var dramatiskt lägre. Men detaljerade analyser visade att saltet inte bara vilade på ytan. Det reagerade med molybden- och kromoxider inom beläggningen och bildade komplexa salt-oxidföreningar. Dessa nya faser, såsom natriummolybdat och natriumvanadat, skapade porösa, lätt brytbara skikt. Sprickor och gropar uppstod när flyktiga molybdenoxider förångades och den skyddande hinnan lokalt lossnade, vilket exponerade friskt material för vidare angrepp.

Balans mellan styrka och lång livslängd

Sammantaget minskade beläggningen avsevärt både oxidations- och hetkorrosionshastigheter jämfört med obelagt MDN 420-stål — dess uppmätta hastighetskonstanter var flera gånger lägre. Kombinationen av en tålig koboltbaserad matris, hårda karbidpartiklar och självbildande skyddande oxider gör att det belagda stålet tål höga temperaturer och korrosiva salter under längre tid. Studien visar dock också gränserna för detta skydd: där saltinducerade reaktioner och flyktiga oxider skapar porer och svaga skikt akkumuleras skadan gradvis. För en lekman är slutsatsen att väl utformade beläggningar kan fungera som eldfasta, kemikalieresistenta pansar för heta metalldelar och ge betydligt längre drifttid före haveri — men att detta pansar behöver vidare förfining, till exempel genom att täta porer eller justera sammansättningen, för att stå emot de mest krävande saltfyllda miljöerna.

Citering: S, S., Prasad, C.D., Kumaraswamy, G.N. et al. Hot corrosion and cyclic oxidation behavior of CoMoCrSi + Cr₃C₂ composite coatings on MDN 420 steel by HVOF spray process. Sci Rep 16, 10677 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45658-z

Nyckelord: beläggningar för hög temperatur, het korrosion, oxidationsbeständighet, termisk sprutning, skydd av rostfritt stål