高温炉辊高温段常用的防护涂层主要为陶瓷涂层以及金属陶瓷涂层，有研究报道，在金属陶瓷里加入稀土氧化物，可以较好地改善防护涂层的抗结瘤性能。陶瓷涂层可显著提高高温炉辊的抗结瘤性能，但其应用却受到限制，只能用于直径较小的炉辊表面。Wang 等采用APS 在高温炉辊表面制备了ZrO2-Y2O3以及ZrO2-Y2O3 与Al2O3 混合涂层作为工作层，研究发现，硬质相Al2O3与ZrO2紧密结合形成了硬质复合陶瓷相，显著提高了涂层的耐磨损性能。针对薄钢带的高温炉辊存在的结瘤、氧化等问题，本课题组采用APS制备了纯Al2O3陶瓷涂层，在喷涂过程中，Al2O3 从α相转变成了γ 相，沉积过程中，涂层内部产生较大的内应力，导致涂层部分脱落。综上可知，虽然陶瓷涂层具有良好的抗结瘤性能，但是涂层会因为陶瓷与基体材料之间热膨胀系数的不匹配而脱落，从而导致涂层失效。另外，基于氧化钇稳定氧化锆的高温化学稳定性，本课题组设计研制了抗高温结瘤和耐磨的ZrO2-SiO2-Y2O3 复合陶瓷涂层（见图1），其平均结合强度为62 MPa， 涂层防护的辊件在1000 ℃下具有优异的抗氧化性能（见图1c—d）。
图 1 抗高温结瘤陶瓷复合涂层制备及应用
金属陶瓷结合了合金良好的力学性能与陶瓷优异的抗高温性能、耐磨及化学稳定性，使得炉辊热喷涂层的综合性能得到了质的提升。MCrAlY 具有良好的高温性能，但其本身的耐磨性较差，研究人员通过加入Al2O3、Y2O3、TiB2 及CrB2 等硬质陶瓷相，制得了高强韧耐磨损的金属陶瓷涂层。
目前，MCrAlY+陶瓷的涂层体系备受国内外青睐，研究人员做了大量工作。针对宽厚钢带高温炉辊存在的高温结瘤和磨损问题，基于金属陶瓷涂层的高结合强度、高韧性和高耐磨性，本课题组采用等离子喷涂制备了CoCrAlTaY-Al2O3 复合涂层，该涂层具有良好的耐磨损及抗塑性变形的能力。摩擦磨损试验表明，在700 ℃时，稳定磨损的摩擦系数为0.39，涂层的磨损率为1.43×10−5 mm3/(N·m)。图2 为700 ℃时涂层摩擦磨损后的SEM 图，在摩擦磨损实验中，磨球成分与涂层成分发生了转移，并产生了氧化物，磨损机制主要是粘着磨损和氧化磨损。但也有学者研究发现，CoCrAlYTa-Al2O3 涂层与Mn 的氧化物表现出反应活性，生成MnAl2O4 结瘤物，因此不适合作为含Mn 超低碳素钢板连续退火的炉辊表面涂层。Tseng 等及Yu 等通过HVOF 制备了NiCrAlYY2O3涂层，发现涂层抗锰氧化物结瘤优于抗铁氧化物结瘤，且10%Y2O3 涂层的抗Mn 堆积性最佳，然而由于缺乏足够的硬质相，涂层硬度较低，直接作为炉辊涂层并不适合。
图 2 CoCrAlTaY-Al2O3 涂层在700 ℃时的磨痕SEM 图像及EDS 结果
以上研究表明，MCrAlY+氧化物陶瓷的组合并不适宜作为高温段的炉辊涂层。因此，研究人员开始考虑加入综合性能良好的硼化物陶瓷，并在此基础上，研究加入稀土氧化物对涂层抗结瘤性能的影响。An等利用APS 制备了CoCrAlY-TiB2 涂层，发现其高温抗氧化、耐磨损性能优异，但并未对其抗结瘤性能做研究。Bi 等研究发现，CoCrAlY-CrB2/Y2O3 涂层有较好的耐积瘤和耐磨损性能，但是在有氧环境下，CrB2 会向Cr2O3 转变，并与带钢表面的MnO反应生成锰结瘤物。Huang用HVOF 制备了CoCrAlYCrB2-Y2O3 涂层，并研究了锰堆积形成机理，经过实验一段时间后检测发现，涂层表面形成了大量的富Mn 堆积，促进了结瘤物的长大。Mn 的氧化物对涂层中的CoCrAlY、CrB2、Y2O3 或Al2O3 非常有活性，容易与其反应生成MnAl2O4 或Mn1.5Cr1.5O4，并堆积在涂层界面，在炉辊工作时就会粘结在辊面上，而氧化铁也会很容易积累在现有的氧化物上，并很快地增长，其形成机理如图3 所示。
图 3 锰堆积形成机理示意图
综上所述，对于近些年常用的MCrAlY+CrB2 高温炉辊涂层，虽然对炉辊抗结瘤性能有一定的改善作用，但是CrB2 易在有氧环境下发生氧化生成Cr2O3，这既会促进化学积瘤，也会破坏涂层的高温性能，甚至导致涂层过早失效。因此，寻找与炉辊材质匹配且综合性能优良的新型涂层材料体系，并探明涂层的耐高温氧化、磨损及抗结瘤机制，是延长高温炉辊使用寿命的关键。
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